KR102392790B1 - 부유식 3d 프린터 및 이를 구동하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물성차이를 통해 복수의 원료를 교번하여 부유시킴으로써 광경화를 통해 구조물을 형성하는 것으로서, 복수의 레진을 동시에 부유시켜 복수의 레진 중 하나 이상을 선택적으로 경화시킴으로써 구조물을 형성하는 3D 프린터에 있어서, 복수의 레진과 물성이 상이한 베이스유체를 수용하는 수조; 베이스유체 상에 부유되는 복수의 레진 각각을 구획하는 복수의 수용부; 복수의 레진 중 하나의 레진을 향해 광조사를 수행하는 광학계; 및 수용부의 일측과 연결되고, 광학계에 의해 광조사되는 위치로 수용부를 이송시키는 회전축;을 포함하는, 부유식 3D 프린터가 제공된다.

Description

부유식 3D 프린터 및 이를 구동하는 방법{FLOATING TYPE 3D PRINTER AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}
본 발명은 물성차이를 통해 복수의 원료를 교번하여 부유시킴으로써 광경화를 통해 구조물을 형성하는 것으로서, 부유식 3D 프린터 및 이를 구동하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 3D 프린터는 액상을 경화시키는 방식 및 고체원료를 용해시키는 방식 등을 통해 목적하는 구조물을 제조한다. 여기서 액상을 경화시키는 방식의 3D 프린터의 경우 레진을 원료로 광경화를 유발하여 구조물을 형성할 수 있다. 특히, 광경화방식의 3D 프린터는 액상 레진에 광을 조사함으로써 연속적으로 레진을 경화시키게 되는데, 이때 기본적으로 요구되는 레진의 양이 상당할 수 있다. 즉, 지속적으로 상당량의 레진을 확보한 상태에서 3D 프린터의 운영이 이루어질 수 있다. 특히, 구조물이 형성되면서 하향이동되는 하향식 3D 프린터에서는 상향식 3D 프린터보다 많은 양의 액상 레진이 확보되는 것이 요구된다. 따라서, 2종 이상의 레진을 통해 구조물을 경화시키는 경우에는 여분의 레진이 상당량 요구되고, 이에 따라 3D 프린터 운영에 막대한 비용이 요구될 수 있다. 또한, 수조(Vat)를 교체하면서 경화시키는 경우에는 공정이 복잡해지고 정밀도가 저하되는 문제점이 있어 이를 개선하기 위한 3D 프린터가 요구되는 것이 현실이다.
대한민국 공개특허공보 제 10-2019-0050732 호 (2019. 05. 13)
본 발명의 일 실시예는 SLA 방식 및 DLP 방식의 광경화 3D프린팅에 있어서 복수의 원료를 선택적으로 순서에 따라 적층할 수 있는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 액상레진 경화방식을 통해 다중 재료를 적층형성할 때, 복수 개 마련된 수조와 인접한 다른 수조 사이에서 구조물 표면에 잔류하는 미경화 레진을 세정 및 건조하는 공정이 필요없는 구조물 형성과정을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 하나의 수조를 통해 이종의 원료로 구조물을 형성하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 수조 내에 공급되는 원료인 액상 경화물을 선택적으로 제공 및 제거하여 구조물을 복수의 원료를 통해 형성하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 물성차이를 통해 복수의 원료를 교번하여 부유시킴으로써 광경화를 통해 구조물을 형성하는 것으로서, 복수의 레진을 동시에 부유시켜 복수의 레진 중 하나 이상을 선택적으로 경화시킴으로써 구조물을 형성하는 3D 프린터에 있어서, 복수의 레진과 물성이 상이한 베이스유체를 수용하는 수조; 베이스유체 상에 부유되는 복수의 레진 각각을 구획하는 복수의 수용부; 복수의 레진 중 하나의 레진을 향해 광조사를 수행하는 광학계; 및 수용부의 일측과 연결되고, 광학계에 의해 광조사되는 위치로 수용부를 이송시키는 회전축;을 포함하는, 부유식 3D 프린터가 제공된다.
그리고, 복수의 레진 각각은 광경화되는 레이어의 두께를 기준으로 105% 내지 120%일 수 있다.
또한, 회전축에 의해 수용부가 이송 중일 경우, 수조 내에 하강된 임의의 위치에 위치되고, 수용부의 이송이 완료되면 수조 내에서 상승되어 기 결정된 위치로 배치되는 빌드플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 레진을 수용부 내에서 레벨링하는 리코터를 더 포함하고, 레벨링은 빌드플레이트가 기 결정된 위치로 배치된 후에 수행될 수 있다.
또한, 수용부는 회전축을 중심으로 할당된 각도범위만큼의 면적으로 형성되며, 기 입력된 가공정보에 따라 회전축이 각도범위 내에 광조사되는 영역이 위치되도록 제어될 수 있다.
또한, 수용부 각각은 회전축을 중심으로 동일한 반경의 호(弧) 형으로 형성되고, 호의 호도(弧度)는 수용부에 수용되는 레진의 양과 비례적으로 결정될 수 있다.
또한, 수용부 각각의 호도의 합은 360도 미만이고, 이웃한 수용부 간의 이격거리가 형성될 수 있다.
또한, 기 입력된 가공정보를 수신하고, 광학계로부터 조사된 광을 제어함으로써 경화되는 레이어 두께를 결정하고, 가공정보에 대응되는 복수의 레진 중 하나를 수용한 수용부를 회전축을 통해 광조사되는 영역으로 기 결정된 각도회전시켜 이송시키고, 빌드플레이트가 수용부의 회전과정에서 수용부와 미간섭되도록 승강시키고, 가공정보에 대응되는 위치로 빌드플레이트를 위치시켜 광학계로부터 광조사되도록 하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
복수의 레진을 동시에 부유시켜 복수의 레진 중 하나 이상을 선택적으로 경화시킴으로써 구조물을 형성하는 3D 프린터에 있어서, 수조에 베이스유체를 공급하는 베이스유체공급 단계; 베이스유체 상에서 대응되는 복수의 수용부에 각각 레진이 공급되는 레진공급 단계; 가공대상 레진이 광학계의 광조사 영역으로 이동되도록 가공대상 레진을 수용한 수용부가 이송되는 수용부배치 단계; 빌드플레이트가 광조사 영역 측에서 기 결정된 위치로 배치되는 빌드플레이트배치 단계; 가공대상 레진에 광조사가 이루어지는 광조사 단계; 가공대상 레진이 변경되는지를 판단하는 판단 단계; 가공대상 레진의 변경이 불필요하면 가공을 종료하고, 가공대상 레진의 변경이 필요하면 빌드플레이트를 하강시키는 빌드플레이트하강 단계; 빌드플레이트하강 단계 이후 가공대상 레진을 수용하고 있는 수용부를 광조사 영역으로 이동시키는 수용부 재배치 단계; 빌드플레이트를 기 결정된 위치로 배치시키는 빌드플레이트재배치 단계; 가공대상 레진에 광조사가 이루어지는 광재조사 단계;를 포함하고, 광재조사 단계 이후에 가공대상 레진의 교체가 불필요하면 가공을 종료하고, 가공대상 레진의 교체가 필요하면 빌드플레이트하강 단계부터 순차적으로 재실시되는, 부유식 3D 프린터의 구동 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 밀도가 다른 유체를 수조에 유입함으로써 원료를 부유시켜, 부유되는 원료를 통해 구조물을 형성하는 3D 프린터를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 원료를 제공 및 제거하는 채널을 통해 수조 내에 원료인 액상 경화물을 선택적으로 제공 및 제거하여 구조물이 복수의 원료를 통해 형성되도록 하는 3D 프린터를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 수조에 복수의 레진이 공급된 상태를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 수조에서 제1레진의 경화가 이루어지는 것을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 수조에 빌드플레이트가 하강하고 회전축이 회전된 상태를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 수용부의 크기를 나타낸 도면으로서, 도 4(a)는 각 수용부의 호도가 서로 다르게 형성된 것을 나타내는 도면, 도 4(b)는 각 수용부의 호도가 동일하게 형성된 것을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 수용부 간에 이격된 각도를 나타낸 것이고, 도 5(a)는 이격각도가 서로 다르게 형성된 것을 나타낸 도면이고, 도 5(b)는 이격각도가 서로 같게 형성된 것을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 구동순서를 나타낸 순서도,
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부에 의해 제어되는 3D 프린터의 개념도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 수조(100)에 복수의 레진이 공급된 상태를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 3D 프린터는 수조(100), 복수 개의 수용부, 회전축(250), 빌드플레이트 및 광학계(400)를 포함할 수 있다. 나아가, 레진의 레벨링을 위해 리코터(500)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 수조(100)에는 베이스유체(20)가 수용될 수 있다. 베이스유체(20)는 레진을 부유시키기 위해 레진과 물성차이가 있는 유체로서, 예를 들면, 밀도가 더 높아 레진과 혼합시 자중에 의해 레진과 상하부로 층이 구분되도록 나뉘어질 수 있다. 여기서 레진은 적어도 복수 개일 수 있다. 물론, 복수개의 레진은 모두 한 종류의 레진으로 가공하는 것도 가능하고 서로 물성이나 색상이 상이한 소재일 수도 있다. 다만, 복수 개의 레진 간에 물성이 다른 경우에도 모두 베이스유체(20)와는 다른 물성치를 가질 수 있고, 물성의 차이로 베이스 유체가 하방으로 가라앉고 레진이 상방으로 부유될 수 있다.
그리고, 한 종류의 레진으로 가공하는 경우에는 레진의 수용량을 가공 중에 소진되지 않도록 확보하고, 레진이 잔량이 소량인 경우에도 기 생성된 구조물 또는 플레이트(310)와 소정거리 레진의 수면이 이격되어 경화시킬 레이어의 기 결정된 두께를 유지할 수 있는 조건을 만족하기 위함일 수 있다.
본 예시에서 레진은 제1레진(11), 제2레진(12), 제3레진(13) 및 제4레진(14)을 포함하고, 각각의 레진은 각각의 수용부에 수용될 수 있다. 즉, 수용부도 각 레진에 대응되는 제1수용부(210), 제2수용부(220), 제3수용부(230), 제4수용부(240)가 마련될 수 있다. 각 수용부는 회전축(250)에 연결될 수 있다. 구체적으로는 회전축(250)에 일단이 연결되고, 회전축(250)으로부터 각 수용부는 타단방향을 향해 동일한 반경으로 확장되는 호 형태로 형성될 수 있다. 물론, 호 형태로 형성되는 것과 동일한 반경으로 확장되는 것은 한정된 것은 아니나 수용부의 회전을 위한 바람직한 예시일 수 있다.
본 예시에서는 회전축(250)을 중심으로 4개의 수용부가 마련되어 각각의 호도가 90도로 마련되었으나 이는 일 실시예에 불과하며 공급되는 레진양 등에 따라 다양한 각도로 형성될 수 있다.
한편, 광학계(400)는 레진이 위치되는 지점을 향해 조사될 수 있다. 광경화반응을 통해 경화되는 레진은 광학계(400)가 광조사하는 영역으로 회전축(250)의 회전에 의해 회전되어 이송될 수 있다. 따라서, 수용부에 의해 구획된 각각의 레진이 선택적으로 ‚D조사 영역으로 이송되고, 광조사가 이루어짐으로써 구조물을 구성하는 원료를 선택적으로 결정할 수 있다.
또한, 광조사에 의해 경화되기 전, 레진은 리코터(500)에 의해 레벨링이 수행될 수 있다. 리코터(500)는 회전축(250)에 일단이 연결되어 광경화되는 레진을 대상으로 회전축(250)을 중심으로 수평방향으로 회동되며 레벨링을 수행할 수 있다. 여기서 리코터(500)는 회전축(250)의 회전과 연동되어 회전되는 것은 아니고 독립적인 회전이 가능하며 이를 구현하기 위해 전기적인 연결은 물론, 모터 및 베어링 등의 구성이 회전축(250)의 일측에 마련될 수 있다. 본 예시에서는 최하단(수조(100) 측을 향한 단부측)에 가깝게 마련되었으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전술한 구성과 연결되는 제어부(도 7의 600)는 리코터(500)가 레벨링을 수행하도록 제어될 수 있다.
그리고, 빌드플레이트는 광학계(400)가 마련된 위치에 인접하여 배치될 수 있고, 상하부로 왕복이동될 수 있다. 여기서 인접하여 배치된다는 것은 광학계(400)에 의해 광조사되는 영역, 즉, 수용부에 인접하여 배치된다는 것을 의미한다. 예를 들어, 호 형태로 형성된 수용부에서 회전축(250)을 회동중심으로 삼아 호도만큼 회동되며 레벨링하는 리코터(500), 수용부의 중심을 대상으로 광조사를 수행하는 광학계(400) 및 부채꼴 형상의 수용부에서 호에 해당하는 궤적 중에 위치한 승강로드(320)와 같이 배치될 수 있다. 나아가, 승강로드(320)가 수조(100) 내측으로 연장되어 수평방향으로 확장되는 플레이트(310)가 마련될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 수조(100)에서 제1레진(11)의 경화가 이루어지는 것을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 수조(100)에 빌드플레이트가 하강하고 회전축(250)이 회전된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 플레이트(310) 상에 경화물(11a)(경화된 구조물)이 형성될 수 있다. 이러한 경화물(11a)의 형성은 동일한 레진으로 지속적인 레이어 적층을 통해 실시될 수도 있으나, 레진이 모두 소진된 경우나 레진의 교체가 요구되는 경우 다른 수용부가 광학계(400) 측으로 이송될 수 있다.
이때, 빌드플레이트가 고정적으로 위치하고 있으면, 회전축(250)에 의해 이송되는 수용부와 경화물(11a) 간의 간섭이 발생할 수 있다. 따라서, 수용부의 이송과정에서 경화물(11a)이 간섭되지 않도록 회피시킬 수 있다. 이를 빌드플레이트가 하강됨으로써 수행할 수 있는데, 이때 하강은 임의의 깊이로 수조(100)내에서 하강되면 만족하나, 적어도 생성된 구조물의 최상단이 수용부의 최하단보다 아래에 위치되도록 하강될 수 있다. 따라서, 가공정보(P)를 기초로 제어부(600)는 광학계(400)의 광조사를 통해 생성된 경화물(11a)의 레이어 높이를 기 파악하거나 제어할 수 있다. 물론, 이는 3D 프린터에 기 입력된 가공정보(P)에 따라 생성 레이어의 두께가 결정될 수 있으므로, 제어부(600)가 이를 인지하고 하강거리를 제어할 수 있다.
한편, 회전축(250)은 회전방향(RD)으로 회전될 수 있다. 회전방향(RD)은 정회전 또는 역회전으로 회전될 수 있고, 방향에 관계없이 목적하는 수용부를 위치시키기 위한 회전이면 만족하나, 바람직하게는 회전경로가 짧은 경로로 회전될 수 있다. 이는 레진과 베이스유체(20) 간의 형성되는 경계층에서 수용부의 이송 중에 형성되는 물결(wave)에 의해 두 유체가 일부 혼합이 이루어지는 것을 방지하거나 적어도 저감시키기 위함이며, 이를 통해 보다 안정적으로 층간 경계를 유지할 수 있다. 따라서, 바람직하게는 호의 중앙을 향해 회전방향(RD)으로의 짧은 경로로 회전될 수 있다. 이를 위해 제어부(600)는 회전축(250)의 회전제어 및 수용부의 중앙위치를 기 인지하고 입력된 가공정보(P)에 대응하여 이를 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 수용부의 크기를 나타낸 도면으로서, 도 4(a)는 각 수용부의 호도가 서로 다르게 형성된 것을 나타내는 도면, 도 4(b)는 각 수용부의 호도가 동일하게 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 수용부의 중앙위치를 인지하기 위해 제어부(600)는 수용부에 할당된 호도의 범위를 기 인지한 상태일 수 있다. 즉, 수용부는 사용자의 선택에 의해 호도가 결정되고, 가공정보(P)에는 상기 호도가 입력될 수 있다. 상기 호도는 임의의 수용부의 중앙위치를 결정하는 요소이므로, 제어부(600)는 상기 수용부의 중앙위치를 광학계(400)에 의한 광조사 영역으로 이송시키기 위해 각 수용부의 호도를 기 인지한 상태일 수 있다.
상기 호도는 도 4(a)에 도시된 바와 같이 마련된 제1수용부(210), 제2수용부(220), 제3수용부(230) 및 제4수용부(240)가 각각 다르게 선택될 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 색상의 레진이 수용된 제1수용부(210)와 제2수용부(220)는 형성하고자 하는 구조물에 사용될 색상 비율에 따라 수용부의 호도가 달라질 수 있다. 즉, 보다 많은 양의 레진을 수용할 수 있는 제2수용부(220)는 구조물에 상대적으로 보다 많이 포함된 색상의 레진인 제2레진(12)을 수용할 수 있다. 본 예시의 경우 임의의 호도인 제1호도(G1) 및 제2호도(G2) 간의 각도가 다르게 형성될 수 있다.
한편, 도 4(b)는 각 수용부가 동일한 호도인 제3호도(G3)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1수용부(210), 제2수용부(220), 제3수용부(230) 및 제4수용부(240)가 각각 90도로 형성되어 각각의 호도 합이 360도가 되도록 한다. 여기서는 제3호도(G3)가 90도일 수 있다. 즉, 도 4는 각 수용부에 형성된 호도의 합이 360도로 형성되는 것을 나타낸 것이고, 그 중 도 4(a)는 각 호도의 비율을 달리 설정하는 것을 나타낸 것이라고 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 수용부 간에 이격된 각도를 나타낸 것이고, 도 5(a)는 이격각도가 서로 다르게 형성된 것을 나타낸 도면이고, 도 5(b)는 이격각도가 서로 같게 형성된 것을 나타낸 도면이다.
수용부는 선택적으로 호도가 결정될 수 있다. 도 4에 개시된 바에 의하면 수용부는 각 수용부의 호도가 비율이 달라지되 호도의 합은 360를 유지하게 되나, 도 5의 예시는 호도는 총합과 관계없이 형성되고, 각 수용부 간에 형성되는 이격각도가 같거나 상이 할 수 있는 예시에 해당한다.
도 5(a)의 경우, 제3수용부(230) 및 제3수용부(230)가 이격된 제1이격각도(A1)는 제1수용부(210) 및 제2수용부(220) 간 이격된 제2이격각도(A2)와 상이하게 형성될 수 있다. 이는 수조(100)에 수용된 유체의 수위를 조절하기 위해 베이스유체(20)를 인출하거나 공급하기 위한 공간을 확보할 수 있다. 그리고, 각 호도의 합이 360도 미만인 경우 이웃한 수용부는 서로 접촉(이격각도가 0도)되어 배치됨으로써 광학계(400)에 의한 광조사영역에 보다 가까운 위치에서 대기할 수 있어 이송거리가 짧게 형성될 수 있다. 물론, 도 5(b)는 각 수용부의 호도 크기와 관계없이 수용부 간의 이격각도가 각각 제3이격각도(A3)로 형성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 구동순서를 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 수조(100)에 베이스유체(20)가 공급되고(S10), 상기 베이스유체(20) 상에 레진이 공급될 수 있다.(S20) 여기서 유체가 공급되는 유체의 순서는 필수적으로 이행되어야 하는 것은 아니고 바람직한 예시에 불과하며, 레진의 공급이 선행되어도 자중에 의해 베이스유체(20)와 레진은 상하로 분리되어 층을 이룰 수 있다. 따라서, 레진이 부유될 때까지 시간이 지연될 뿐 수조(100) 내에 공급하는 순서가 필수적으로 이행되어야 하는 조건은 아니다. 다만, 레진의 경우 베이스 유체 상에 임의로 공급되는 것은 아니고, 기 결정된 수용부 내에 공급되게 된다. 이는 수용부의 이동에 따라 선택적으로 공급된 레진을 이동시킬 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 레진과 베이스유체(20)가 수조(100) 내에 공급되면 수용부의 배치가 이루어진다.(S30) 수용부의 배치는 광조사영역으로 기 결정된 수용부의 중앙지점이 배치되는 것으로 플레이트(310) 상에서 경화되기 위한 것으로, 상기 기 결정된 수용부의 정보는 기 입력된 가공정보(P) 내에 포함될 수 있다.
상기 수용부의 배치는 회전체의 회전에 의해 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이 회전축은 복수 개의 수용부와 결합될 수 있고, 회전체의 회전에 의해 기 결정된 각도 회전될 수 있다. 즉, 수용부가 회전축에 의해 상기 기 결정된 각도만큼 회전이동하는 과정을 수용부가 배치되는 단계라고 할 수 있다.
이어서 빌드플레이트의 배치가 수행될 수 있다.(S40) 빌드플레이트는 수용부의 회전시에 수용부와 간섭이 발생하지 않도록 수조(100) 내에서 하방으로 이동된 상태로 대기될 수 있다. 수용부의 배치가 완료되면, 빌드플레이트는 기 결정된 위치로 이동된다. 구체적으로, 빌드플레이트는 수조(100) 내에서 구조물이 형성되어 고착되는 플레이트(310)를 승강로드(320)가 상하방향으로 이송시키며 이동될 수 있고, 광조사 시에는 상기 플레이트(310)가 레진에 접할 수 있도록 상방으로 이동된 상태일 수 있다.
이후 광조사가 수행되면(S50), 광조사 영역에 위치된 레진은 반응하여 광경화될 수 있다. 광경화된 레진은 플레이트(310)에 고착될 수 있다. 광조사가 완료되면 레진의 교체가 요구되는지를 판단할 수 있다.(S51) 이러한 판단은 기 입력된 가공정보(P)에 기초하여 판단될 수 있다. 광의 파장 및 광조사 시간 등으로 감지하여 광조사가 완료된 것을 판단하고, 다른 레진을 통한 추가가공이 남아있는지를 판단할 수 있다. 여기서 추가가공이 남아있지 않으면, 가공은 종료될 수 있다.
반면, 추가가공이 남아있는 경우 빌드플레이트는 하강될 수 있다.(S60) 빌드플레이트의 하강은, 추가가공을 위해 다른 레진을 수용하고 있는 수용부가 재배치되는 과정에서 간섭을 회피하기 위해 수행될 수 있다. 빌드플레이트가 하강되고 나면, 수용부재배치(S70)가 될 수 있다. 수용부의 재배치는 가공대상 레진을 광조사 영역으로 이동시키기 위해 수용부를 회전이동 시키는 것이다. 수용부 재배치가 된 후에는 리코터(500)에 의한 레벨링이 수행되고, 빌드플레이트의 재배치(S80)가 이루어질 수 있다. 빌드플레이트의 재배치는 앞서 이루어졌던 빌드플레이트의 배치(S40)와 동일한 목적으로 이루어질 수 있으며, 앞서 경화됨으로써 생성된 구조물 상에 추가적으로 레이어를 생성시킬 수 있다.
빌드플레이트가 재배치되면 광의 재조사가 이루어지고(S90) 광에 반응하여 레진이 광경화됨으로써 구조물 상에 레이어가 추가생성 될 수 있다. 상기 레이어의 추가 생성 후 레진의 교체가 필요한지 판단될 수 있다.(S52) 레진의 교체가 필요없는 경우 가공이 완료된 것으로 판단되어 가공종료가 될 수 있다.
다만, 레진의 교체가 추가적으로 필요하다고 판단되는 경우에는 앞서 수행된 빌드플레이트의 하강(S60)이 재수행될 수 있다. 재수행된 빌드플레이트는 수용부재배치(S70) 단계에 이어 가공이 종료될 때까지 순차적으로 반복수행될 수 있다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(600)에 의해 제어되는 3D 프린터의 개념도이다.
도 7을 참조하면, 제어부(600)는 회전축(250), 리코터(500), 광학계(400) 및 빌드플레이트와 전기적으로 연결되어 제어신호를 전달함으로써 제어를 할 수 있다. 이러한 제어는 기 입력된 가공정보(P)에 의한 것일 수 있다. 예를 들면 가공정보(P)에는 목적하는 구조물의 형상, 색상, 재질 등에 따라 가공특성을 포함하고 있고, 상기 가공특성에 대응되도록 제어부(600)는 회전축(250), 리코터(500), 광학계(400) 및 빌드플레이트를 제어할 수 있다.
여기서 가공특성은 구조물을 이루는 원료인 레진의 색, 구조물 형성의 최소단위인 레이어의 두께, 가공속도 등을 포함하는 정보를 포함할 수 있다. 이에 따라 광학계(400)로부터 조사되는 광파장정보, 조사광의 형상(pattern), 광조사시간, 빌드플레이트 배치, 리코터(500) 구동 시점, 회전축(250)이 회전되는 각도 및 속도 등을 제어부(600)가 제어함으로써 3D 프린터의 구동이 수행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11 : 제1레진
11a : 경화물
12 : 제2레진
13 : 제3레진
14 : 제4레진
20 : 베이스유체
100 : 수조
210 : 제1수용부
220 : 제2수용부
230 : 제3수용부
240 : 제4수용부
250 : 회전축
310 : 플레이트
320 : 승강로드
400 : 광학계
500 : 리코터
600 : 제어부
RD : 회전방향
P : 가공정보
G1 : 제1호도
G2 : 제2호도
G3 : 제3호도
A1 : 제1이격각도
A2 : 제2이격각도
A3 : 제3이격각도

Claims (9)

  1. 복수의 레진을 동시에 부유시켜 상기 복수의 레진 중 하나 이상을 선택적으로 경화시킴으로써 구조물을 형성하는 3D 프린터에 있어서,
    상기 복수의 레진과 상기 복수의 레진을 부유시키는 베이스유체를 수용하는 하나의 수조;
    상기 베이스유체 상에 부유되는 상기 복수의 레진 각각을 구획하고, 적어도 일부가 상기 베이스유체에 침지된 복수의 수용부;
    상기 복수의 레진 중 하나의 레진을 향해 광조사를 수행하는 광학계; 및
    상기 수용부의 각각의 일측과 연결되고, 상기 광학계에 의해 광조사되는 위치로 상기 수용부를 회전이송시키는 회전축;을 포함하는, 부유식 3D 프린터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 레진 각각은 광경화되는 레이어의 두께를 기준으로 105% 내지 120%인, 부유식 3D 프린터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전축에 의해 상기 수용부가 이송 중일 경우, 상기 수조 내에 하강된 임의의 위치에 위치되고, 상기 수용부의 이송이 완료되면 상기 수조 내에서 상승되어 기 결정된 위치로 배치되는 빌드플레이트를 더 포함하는, 부유식 3D 프린터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 레진을 상기 수용부 내에서 레벨링하는 리코터를 더 포함하고,
    상기 레벨링은 상기 빌드플레이트가 상기 기 결정된 위치로 배치된 후에 수행되는, 부유식 3D 프린터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 수용부는 상기 회전축을 중심으로 할당된 각도범위만큼의 면적으로 형성되며, 기 입력된 가공정보에 따라 회전축이 상기 각도범위 내에 상기 광조사되는 영역이 위치되도록 제어되는, 부유식 3D 프린터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 수용부 각각은 상기 회전축을 중심으로 동일한 반경의 호(弧) 형으로 형성되고, 상기 호의 호도(弧度)는 상기 수용부에 수용되는 상기 레진의 양과 비례적으로 결정되는, 부유식 3D 프린터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 수용부 각각의 호도의 합은 360도 미만이고, 이웃한 상기 수용부 간의 이격거리가 형성되는, 부유식 3D 프린터.
  8. 청구항 4에 있어서,
    기 입력된 가공정보를 수신하고,
    상기 광학계로부터 조사된 광을 제어함으로써 경화되는 레이어 두께를 결정하고,
    상기 가공정보에 대응되는 상기 복수의 레진 중 하나를 수용한 상기 수용부를 상기 회전축을 통해 상기 광조사되는 영역으로 기 결정된 각도회전시켜 이송시키고,
    상기 빌드플레이트가 상기 수용부의 회전과정에서 상기 수용부와 미간섭되도록 승강시키고,
    상기 가공정보에 대응되는 위치로 상기 빌드플레이트를 위치시켜 광학계로부터 광조사되도록 하는 제어부를 더 포함하는, 부유식 3D 프린터.
  9. 복수의 레진을 동시에 부유시켜 상기 복수의 레진 중 하나 이상을 선택적으로 경화시킴으로써 구조물을 형성하는 3D 프린터에 있어서,
    하나의 수조에 베이스유체를 공급하는 베이스유체공급 단계;
    상기 베이스유체에 의해 부유되는 상기 복수의 레진 각각이 구획되도록 적어도 일부가 상기베이스 유체에 침지된 복수의 수용부에 공급되는 레진공급 단계;
    가공대상 레진이 광학계의 광조사 영역으로 이동되도록 상기 가공대상 레진을 수용한 수용부가 이송되는 수용부배치 단계;
    빌드플레이트가 상기 광조사 영역 측에서 기 결정된 위치로 배치되는 빌드플레이트배치 단계;
    상기 가공대상 레진에 광조사가 이루어지는 광조사 단계;
    상기 가공대상 레진이 변경되는지를 판단하는 판단 단계;
    상기 가공대상 레진의 변경이 불필요하면 가공을 종료하고, 상기 가공대상 레진의 변경이 필요하면 상기 빌드플레이트를 하강시키는 빌드플레이트하강 단계;
    상기 빌드플레이트하강 단계 이후 상기 가공대상 레진을 수용하고 있는 상기 수용부를 상기 광조사 영역으로 이동시키는 수용부 재배치 단계;
    상기 빌드플레이트를 기 결정된 위치로 배치시키는 빌드플레이트재배치 단계;
    상기 가공대상 레진에 광조사가 이루어지는 광재조사 단계;를 포함하고,
    상기 광재조사 단계 이후에 상기 가공대상 레진의 교체가 불필요하면 가공을 종료하고, 상기 가공대상 레진의 교체가 필요하면 상기 빌드플레이트하강 단계부터 순차적으로 재실시되는, 부유식 3D 프린터의 구동 방법.
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