KR102416785B1 - 3차원 프린터 및 이의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 프린터 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 광 경화성 액상 수지를 수용하는 수조, 수조에 대응하는 출력 영역의 미리 설정된 원점 위치에 근접하게 배치된 입체 성형 모델을 복수의 단위 층으로 구분하여 단위 층 별 단면 이미지를 생성하고, 단위 층 별 단면 이미지의 크기를 검출하여 단위 층 별 이동 거리를 설정하는 구동 모듈, 및 단위 층 별 이동 거리에 따라 이동하여 출력 영역 상에 상기 광 경화성 액상 수지를 도포하는 리코터 모듈을 포함한다.

Description

3차원 프린터 및 이의 구동 방법{THREE DIMENSIONAL PRINTER AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 3차원 프린터 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 경화 방식으로 입체 성형물을 출력하기 위한 전체 출력 시간을 단축시킬 수 있는 3차원 프린터 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 3차원 프린터는 밀링, 절삭, 조립 등의 방법에서 벗어나 적층 제조 기술(additive manufacturing technology, AMT)을 활용하여 입체 성형물을 제조하는 장치를 지칭한다. 3차원 프린터는 기존 제조 라인을 벗어나 좁은 공간에 설치해도 적층 제조 기술을 바탕으로 다품종 소량생산에 적합하여 맞춤형 제작이 가능하기 때문에 의료분야에서 활용성이 매우 크다.
또한, 상기 입체 성형물은, 적층 제조 기술에서 가공성과 기능성을 필요로 하기 때문에, 프린팅 소재와 소재 평탄화에 큰 영향을 받아 제조된다. 여기에서, 프린팅 소재는, SLA(stereo lithography apparatus) 방식 또는 DLP(digital light processing) 방식의 3D 프린터에서 광경화성 액상 수지를 사용한다. 광경화성 액상 수지는 수조(container)에서 레이저 광 또는 자외선 광에 조사되어 경화되는 특성을 갖는다.
광 경화성 액상 수지는 수조 내에서 액체의 흐름에 의해 자연적으로 발생하는 움직임으로 균일하게 도포될 수 있다. 그런데, 사용자의 요구에 따라 입체 성형물의 강도를 증가시키거나 색상을 변화시키기 위해 광 경화성 액상 수지에 필러를 많이 첨가할수록 광 경화성 액상 수지는 겔(gel) 상태에 가까운 고점도의 점성을 가진다.
이와 같은 고점도의 광 경화성 액상 수지는 자연적인 움직임으로 균일하게 도포되기 어렵기 때문에 입체 성형물의 층별 출력 단계를 진행한 이후에 리코터(recoater)를 이용하여 광 경화성 액상 수지를 균일하게 도포하는 과정이 필요하다. 리코터는 수조의 일측 방향에서 타측 방향으로 이동하면서 자연적인 액체 흐름에 의해 발생하는 광 경화성 액상 수지의 움직임을 빠르게 유도하여 광 경화성 액상 수지를 도포한다.
일반적으로 리코터는 수조의 일측을 원점으로 하여 수조의 타측까지 이동한 이후 원점으로 돌아오는 왕복 이동을 진행한다. 리코터는 입체 성형물의 단위 층별 출력 단계가 진행될 때마다 수조의 전체 영역에 대해 왕복 이동을 진행하므로 리코터의 이동 시간은 입체 성형물의 전체 출력 시간 중 가장 많은 시간을 소비한다.
본 발명의 일 실시예는 광 경화 방식으로 입체 성형물을 출력하기 위한 전체 출력 시간을 단축시킬 수 있는 3차원 프린터 및 이의 구동 방법을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 3차원 프린터는 광 경화성 액상 수지를 수용하는 수조; 상기 수조에 대응하는 출력 영역의 미리 설정된 원점 위치에 근접하게 배치된 입체 성형 모델을 복수의 단위 층으로 구분하여 단위 층 별 단면 이미지를 생성하고, 상기 단위 층 별 단면 이미지의 크기를 검출하여 단위 층 별 이동 거리를 설정하는 구동 모듈; 및 상기 단위 층 별 이동 거리에 따라 이동하여 상기 출력 영역 상에 상기 광 경화성 액상 수지를 도포하는 리코터 모듈을 포함한다.
여기에서, 상기 원점 위치는 상기 출력 영역의 일측에서 상기 리코터 모듈이 이동하기 시작하는 위치로 설정된다.
여기에서, 상기 구동 모듈은 상기 원점 위치와 상기 단위 층 별 단면 이미지의 최외곽 위치 사이의 거리를 산출하여 상기 이동 거리를 설정한다.
여기에서, 상기 입체 성형 모델은 복수 개이고, 상기 구동 모듈은 상기 원점 위치로부터 복수의 상기 입체 성형 모델을 높이가 높은 순서대로 배치한다.
여기에서, 상기 구동 모듈은 상기 단위 층 별 단면 이미지가 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역을 검출하고, 상기 단면 이미지가 존재하지 않는 영역을 상기 단면 이미지가 존재하는 영역 보다 상기 리코터 모듈의 이동 속도를 빠르게 설정한다.
여기에서, 상기 단위 층 별 단면 이미지에 따라 상기 광 경화성 액상 수지를 경화시켜 단위 입체 성형물을 형성하고, 상기 단위 층 별 상기 단위 입체 성형물을 적층하여 입체 성형물을 출력하는 성형 모듈을 더 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 성형 모듈은 상기 단위 층 별 단면 이미지에 따라 광을 조사하여 상기 광 경화성 액상 수지를 경화시키는 광원부; 및 상기 광 경화성 액상 수지가 경화되어 형성된 단위 입체 성형물을 지지하고, 상기 수조의 상부 방향으로 하강하여 상기 단위 층 별로 적층된 상기 단위 입체 성형물을 상기 입체 성형물로 출력하는 적층 플레이트를 포함한다.
여기에서, 상기 리코터 모듈은 현재 단위 층의 상기 단위 입체 성형물이 출력된 이후에 상기 현재 단위 층에 설정된 이동 거리만큼 이동하여 상기 광 경화성 액상 수지를 도포한다.
실시예들 중에서, 3차원 프린터의 구동 방법은 구동 모듈에서, 출력 영역의 미리 설정된 원점 위치에 근접하게 배치된 입체 성형 모델을 복수의 단위 층으로 구분하여 단위 층 별 단면 이미지를 생성하고, 상기 단위 층 별 단면 이미지의 크기를 검출하여 단위 층 별 이동 거리를 설정하는 단계; 및 리코터 모듈에서, 상기 단위 층 별 이동 거리에 따라 이동하여 상기 출력 영역 상에 광 경화성 액상 수지를 도포하는 단계를 포함한다.
여기에서, 상기 원점 위치는 상기 출력 영역의 일측에서 상기 리코터 모듈이 이동하기 시작하는 위치로 설정된다.
여기에서, 상기 구동 모듈은 상기 원점 위치와 상기 단위 층 별 단면 이미지의 최외곽 위치 사이의 거리를 산출하여 상기 이동 거리를 설정한다.
여기에서, 상기 입체 성형 모델은 복수 개이고, 상기 구동 모듈은 상기 원점 위치로부터 복수의 상기 입체 성형 모델을 높이가 높은 순서대로 배치한다.
여기에서, 상기 구동 모듈은 상기 단위 층 별 단면 이미지가 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역을 검출하고, 상기 단면 이미지가 존재하지 않는 영역을 상기 단면 이미지가 존재하는 영역 보다 상기 리코터 모듈의 이동 속도를 빠르게 설정한다.
여기에서, 3차원 프린터의 구동 방법은 성형 모듈에서, 상기 단위 층 별 단면 이미지에 따라 상기 광 경화성 액상 수지를 경화시켜 단위 입체 성형물을 형성하고, 상기 단위 층 별 상기 단위 입체 성형물을 적층하여 입체 성형물을 출력하는 단계를 더 포함한다.
여기에서, 상기 리코터 모듈은 현재 단위 층의 상기 단위 입체 성형물이 출력된 이후에 상기 현재 단위 층에 설정된 이동 거리만큼 이동하여 상기 광 경화성 액상 수지를 도포한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터 및 이의 구동 방법은 광 경화 방식으로 입체 성형물을 출력하기 위한 전체 출력 시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 성형 모듈 및 리코터 모듈을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 3차원 프린터의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1에 도시된 3차원 프린터의 구동 방법을 설명하기 위해 도시한 예시도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
명세서 및 청구범위에서 용어 "포함하는"과 함께 사용될 때 단수 단어의 사용은 "하나"의 의미일 수도 있고, 또는 "하나 이상", "적어도 하나", 및 "하나 또는 하나보다 많은"의 의미일 수도 있다.
청구항들에서의 용어 "또는"의 사용은 본 개시 내용이 단지 선택가능한 것들 및 "및/또는"을 나타내는 정의를 지지하더라도, 선택가능한 것은 상호 배타적이거나 단지 선택가능한 것들을 나타내는 것으로 명백하게 표시되지 않는 한 "및/또는"을 의미하기 위해 사용된다.
본 발명의 특징 및 이점은 다음 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위 내 다양한 변경들 및 변형들이 본 상세한 설명으로부터 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 분명해질 것이기 때문에, 상세한 설명 및 구체적인 예들은 본 발명의 구체적인 실시예들을 나타내지만, 단지 예로서 주어진다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 다양한 예시적인 실시예들은 본 발명의 예시적인 실시예들이 도시되는, 첨부 도면들에 대하여 아래에서 상세하게 논의된다. 구체적인 구현예들이 논의되지만, 이는 단지 예시 목적들을 위해 행해진다. 관련 기술분야에서의 통상의 기술자는 다른 구성요소들 및 구성들이 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 같은 번호들은 전체에 걸쳐 같은 요소들을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터(100)는 수조(110), 구동 모듈(120), 성형 모듈(130) 및 리코터 모듈(140)을 포함할 수 있다. 수조(110)는 광 경화성 액상 수지를 수용한다. 수조(110)는 입체 성형물이 출력되는 출력 영역에 대응하는 일정 크기를 갖고, 광이 투과되는 투명한 수조로 형성될 수 있다.
여기에서, 수조(110)는 투명한 내열성 폴리올레핀계 수지로 구성될 수 있고, 본 발명의 일 실시예는 이에 한정되지 않고, 수조(110)가 투명 소재의 아크릴, PC, 유리 등으로 구성될 수도 있다.
구동 모듈(120)은 입체 성형 모델을 출력 영역의 미리 설정된 원점 위치에 근접하게 배치하고, 입체 성형 모델을 복수의 단위 층으로 구분하여 단위 층 별 단면 이미지를 생성한다.
여기에서, 입체 성형 모델은 출력될 입체 성형물을 가상으로 모델링한 모델로서, STL(Stereo Lithography) 파일 형식으로 설계된 모델일 수 있다. 그리고, 원점 위치는 출력 영역의 일측에서 리코터 모듈(140)이 이동하기 시작하는 위치일 수 있다. 즉, 구동 모듈(120)은 리코터 모듈(140)의 이동 시작 위치에 가장 근접하게 입체 성형 모델에 대한 단위 층 별 단면 이미지를 배치함으로써 리코터 모듈(140)의 이동 거리가 최소화될 수 있도록 한다.
구동 모듈(120)은 슬라이서(slicer) 소프트웨어를 이용하여 입체 성형 모델을 복수의 단위 층으로 층층이 잘라 단위 층 별 단면 이미지를 생성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 모듈(120)은 노트북, 데스크탑, 스마트폰 등과 같은 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다.
구동 모듈(120)은 입체 성형 모델이 복수개인 경우 복수의 입체 성형 모델을 원점 위치로부터 수평 방향으로 일정 간격 이격시켜 배치할 수 있다. 구동 모듈(120)은 복수의 입체 성형 모델을 원점 위치로부터 높이가 높은 순서대로 배치할 수 있다. 즉, 구동 모듈(120)은 복수의 입체 성형 모델 중 높이가 높아 단위 층의 개수가 가장 많은 입체 성형 모델을 원점 위치에 가장 근접하게 배치하여 리코터 모듈(140)의 이동 거리를 단축시킴으로써 이동 시간을 단축할 수 있다.
구동 모듈(120)은 단위 층 별 단면 이미지의 크기를 검출하여 단위 층 별 이동 거리를 설정하고, 설정된 이동 거리에 따라 리코터 모듈(140)을 구동한다. 여기에서, 구동 모듈(120)은 단위 층 별 이동 시작 위치를 기준으로 단위 층 별 단면 이미지의 최외곽 위치까지의 거리를 산출하여 이동 거리를 설정할 수 있다. 이동 거리는 단위 층 별 이동 시작 위치와 단면 이미지의 최외곽 위치 간의 거리에 오차 거리를 반영하여 설정될 수 있다. 즉, 이동 거리는 단위 층 별 이동 시작 위치와 단면 이미지의 최외곽 위치 간의 거리보다 일정 거리만큼 크게 설정될 수 있다.
구동 모듈(120)은 단위 층 별 단면 이미지가 존재하는 영역과 단면 이미지가 존재하지 않는 영역을 검출하고, 단면 이미지가 존재하지 않는 영역을 단면 이미지가 존재하는 영역 대비 리코터 모듈(140)의 이동 속도를 빠르게 설정할 수 있다. 즉, 리코터 모듈(140)이 단면 이미지가 존재하지 않는 영역을 빠른 속도로 지나 이동(skip)할 수 있도록 함으로써 이동 시간을 단축시킬 수 있다.
성형 모듈(130)은 구동 모듈(120)에 의해 생성된 단위 층 별 단면 이미지에 따라 출력 영역 상에 도포된 광 경화성 액상 수지를 경화시켜 단위 입체 성형물을 형성하고, 단위 층 별로 형성된 단위 입체 성형물을 적층하여 최종 입체 성형물을 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 모듈(130)은 상향식(Bottom-Up)으로 동작하는 경우를 예를 들어 설명한다. 즉, 성형 모듈(230)은 단위 입체 성형물이 적층될 때마다 적층 플레이트가 상향하는 형태로 구성될 수 있다.
리코터 모듈(140)은 구동 모듈(120)에 의해 설정된 이동 거리에 따라 이동하여 광 경화성 액상 수지를 도포한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 리코터 모듈(140)은 원점 위치로부터 단위 층 별 단면 이미지가 존재하는 최대 위치까지 왕복 이동한다. 따라서, 리코터 모듈(140)의 이동 거리는 단위 층 별 단면 이미지의 크기에 따라 가변되므로 리코터 모듈(140)의 이동 시간은 전체 출력 영역을 동일한 이동 거리로 왕복 이동하는 시간보다 단축될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 성형 모듈 및 리코터 모듈을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 성형 모듈(130)은 광원부(131) 및 적층 플레이트(133)를 포함할 수 있다. 여기에서, 광원부(131)는 단위 층 별 단면 이미지에 따라 출력 영역 상에 광을 조사하여 수조(110) 내에 수용된 광 경화성 액상 수지(200)를 경화시킨다. 광원부(131)는 수조(110)의 하부에 배치될 수 있고, 레이저 또는 자외선 광을 조사할 수 있다.
적층 플레이트(133)는 광원부(131)에 의해 경화되어 형성된 단위 층 별 단위 입체 성형물을 지지한다. 적층 플레이트(133)는 수조(110)의 바닥면부터 상향하여 단위 층 별로 단위 입체 성형물이 적층된 입체 성형물(F)을 지지하고, 출력할 수 있다.
리코터 모듈(140)은 수조(110)의 일측 단부에 최대한 근접하게 원점 위치가 설정되고, 구동 모듈(130)에 의해 제어되어 수조(110)의 일측 및 타측 사이에 대응하는 출력 영역을 수평 방향으로 왕복 이동한다. 리코터 모듈(140)의 이동에 의해 고점도의 광 경화성 액상 수지(200)가 균일하게 도포될 수 있다.
고점도의 광 경화성 액상 수지(200)는 단위 층 별로 입체 성형물(F)이 출력될 때 단면 이미지에 대응하는 빈 공간이 발생할 수 있다. 이에, 리코터 모듈(140)은 고점도의 광 경화성 액상 수지(200)의 움직임을 유도하여 빈 공간을 채우는 방식으로 광 경화성 액상 수지(200)를 도포할 수 있다. 즉, 리코터 모듈(140)은 광 경화성 액상 수지(200)를 휘저어 균일하게 도포하고, 평탄화시킨다. 리코터 모듈(140)은 수조(110)를 따라 이동하는 수평 날의 형태로 형성될 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 3차원 프린터의 구동 방법을 도시한 순서도이고, 도 4a 내지 도 4c는 도 1에 도시된 3차원 프린터의 구동 방법을 설명하기 위해 도시한 예시도이다.
도 3에서, 먼저 구동 모듈(120)은 입체 성형 모델을 미리 설정된 원점 위치에 가장 근접하게 배치한다(S110). 여기에서, 원점 위치는 출력 영역의 일측에서 리코터 모듈(140)이 이동하기 시작하는 위치로 설정될 수 있다.
예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 구동 모듈(120)은 입체 성형 모델(300)을 수조(110)의 출력 영역 내에 리코터 모듈(140)이 이동하기 시작하는 원점 위치(O1)에 가장 근접하게 배치할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예는 입체 성형 모델(300)을 출력 영역의 중앙에 배치하지 않고, 원점 위치(O1)에 가장 근접하게 배치함으로써 리코터 모듈(140)의 이동 거리를 최소화할 수 있다.
그 다음, 구동 모듈(120)은 입체 성형 모델(300)에 대응하는 단위 층 별 단면 이미지를 생성한다(S120). 예를 들어, 구동 모듈(120)은 도 4b에 도시된 바와 같이, 슬라이서(slicer) 소프트웨어를 이용하여 입체 성형 모델(300)을 층층으로 잘라 단위 층 별 단면 이미지(a, b, c, d)를 생성할 수 있다. 여기에서, (a)는 첫번째 단위 층의 단면 이미지이고, (b)는 150번째 단위 층의 단면 이미지이고, (c)는 200번째 단위 층의 단면 이미지이며, (d)는 250번째 단위 층의 단면 이미지이다.
그 다음, 구동 모듈(120)은 단위 층 별 단면 이미지의 크기에 대응하는 리코터 모듈(140)의 이동 거리를 설정한다(S130). 여기에서, 구동 모듈(120)은 원점 위치(O1)로부터 단위 층 별 단면 이미지의 최외곽 위치까지의 거리를 산출하여 리코터 모듈(140)의 이동 거리로 설정할 수 있다.
예를 들어, 구동 모듈(120)은 도 4c에 도시된 바와 같이, 원점 위치(O1)로부터 첫번째 단위 층의 단면 이미지(a)의 최외곽 위치(O2) 까지의 거리를 산출하여 첫번째 단위 층에 대한 리코터 모듈(140)의 이동 거리(D1)를 설정할 수 있다. 마찬가지로, 구동 모듈(120)은 원점 위치(O1)로부터 150번째 단위 층의 단면 이미지(b)의 최외곽 위치(O3) 까지의 거리를 산출하여 150번째 단위 층에 대한 리코터 모듈(140)의 이동 거리(D2)를 설정할 수 있다.
그리고, 구동 모듈(120)은 원점 위치(O1)로부터 200번째 단위 층의 단면 이미지(c)의 최외곽 위치(O4) 까지의 거리를 산출하여 200번째 단위 층에 대한 리코터 모듈(140)의 이동 거리(D3)를 설정할 수 있다. 또한, 구동 모듈(120)은 원점 위치(O1)로부터 250번째 단위 층의 단면 이미지(d)의 최외곽 위치(O5) 까지의 거리를 산출하여 250번째 단위 층에 대한 리코터 모듈(140)의 이동 거리(D4)를 설정할 수 있다.
그 다음, 성형 모듈(130)은 단위 층 별 단면 이미지에 따라 단위 입체 성형물을 출력한다(S140). 리코터 모듈(140)은 단위 층 별 단면 이미지가 출력될 때마다 구동 모듈(120)에 의해 설정된 이동 거리만큼 이동하여 광 경화성 액상 수지(200)를 균일하게 도포한다(S150).
구체적으로, 먼저 리코터 모듈(140)이 출력 영역 전체를 왕복 이동하여 광 경화성 액상 수지(200)를 균일하게 도포하고, 원점 위치(O1)로 복귀하는 초기 도포 과정을 수행한 후, 성형 모듈(130)은 첫번째 단위 층의 단면 이미지에 따라 광원부(131)를 통해 수조(110)의 바닥면에 레이저 또는 자외선 광을 조사한다.
이때, 적층 플레이트(133)는 수조(110)의 바닥면에서 단위 층 높이까지 하강한다. 그러면, 적층 플레이트(133)와 수조(110)의 바닥면 사이의 단위 층 높이만큼 형성된 갭(gap) 공간에서 광 경화성 액상 수지(200)가 경화되어 적층 플레이트(133)에 부착되고, 이에 따라 첫번째 단위 층의 단위 입체 성형물이 출력된다. 이때, 수조(110)의 바닥면은 이형제로 도포되어 단위 입체 성형물이 부착되지 않는다. 그리고, 적층 플레이트(133)는 상승한다.
그 다음, 리코터 모듈(140)은 원점 위치(O1)로부터 구동 모듈(120)에 의해 설정된 첫번째 단위 층에 대한 이동 거리만큼 이동한다. 이로 인해, 광 경화성 액상 수지(200)가 균일하게 재도포된다(S150). 즉, 리코터 모듈(140)은 첫번째 단위 층의 단면 이미지의 크기만큼 이동한다.
그 다음, 성형 모듈(130)은 두번째 단위 층의 단면 이미지에 따라 두번째 단위 입체 성형물을 출력하고, 리코터 모듈(140)은 원점 위치(O1)로부터 구동 모듈(10)에 의해 설정된 두번째 단위 층에 대한 이동 거리만큼 이동한다. 이로 인해, 광 경화성 액상 수지(200)가 균일하게 재도포된다. 이와 같은 과정을 반복하여 n번째 단위 입체 성형물을 출력함으로써 n개의 단위 입체 성형물이 적층된 입체 성형물(F)이 완성된다.
즉, 입체 성형물(F)의 전체 출력 시간은 단위 층 별 광원부(131)의 광 조사 시간, 적층 플레이트(133)의 상승 시간 및 리코터 모듈(140)의 이동 시간의 합으로 결정된다. 본 발명의 일 실시예는 단위 층 별 단면 이미지를 리코터 모듈(140)의 원점 위치에 가장 가깝게 배치한 상태에서 단면 이미지가 존재하는 최대 위치까지만 리코터 모듈(140)을 이동시킨다.
따라서, 단면 이미지의 크기에 따라 리코터 모듈(140)의 이동 거리가 가변됨으로써 단위 입체 성형물이 출력될 때마다 리코터 모듈(140)을 동일한 이동 거리로 이동시키는 방식에 비해 리코터 모듈(140)의 이동 시간이 단축될 수 있다.
또한, 단면 이미지가 존재하는 영역보다 단면 이미지가 존재하지 않는 영역을 빠른 속도로 지나 이동(skip)함으로써 리코터 모듈(140)의 이동 시간을 더욱 단축시킬 수 있다. 이에 따라, 3차원 프린터(100)의 전체 출력 시간을 단축시킬 수 있다.
그리고, 복수의 입체 성형 모델이 존재할 경우에도 단위 층의 개수가 많은 입체 성형 모델, 즉 높이가 상대적으로 높은 입체 성형 모델을 원점 위치에 근접하게 배치함으로써 나머지 입체 성형 모델이 출력된 이후 리코터 모듈(140)의 이동 거리 및 시간을 단축시킬 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 3차원 프린터
110: 수조
120: 구동 모듈
130: 성형 모듈
140: 리코터 모듈

Claims (15)

  1. 광 경화성 액상 수지를 수용하는 수조;
    상기 수조에 대응하는 출력 영역의 미리 설정된 원점 위치에 근접하게 배치된 입체 성형 모델을 복수의 단위 층으로 구분하여 단위 층 별 단면 이미지를 생성하고, 상기 단위 층 별 단면 이미지의 크기를 검출하여 단위 층 별 이동 거리를 설정하는 구동 모듈; 및
    상기 단위 층 별 이동 거리에 따라 이동하여 상기 출력 영역 상에 상기 광 경화성 액상 수지를 도포하는 리코터 모듈을 포함하고,
    상기 수조의 바닥은,
    상기 광 경화성 액상 수지의 도포시 상기 광 경화성 액상 수지의 액체 흐름을 통해 덮이고,
    상기 원점 위치는,
    상기 수조의 일측 단부에 최대한 근접하게 설정되도록,
    상기 출력 영역의 일측에서 상기 리코터 모듈이 이동하기 시작하는 위치로 설정되고,
    상기 구동 모듈은,
    상기 원점 위치와 상기 단위 층 별 단면 이미지의 최외곽 위치 사이의 거리를 산출하여 상기 이동 거리를 설정하고,
    상기 리코터 모듈은,
    상기 단위 층 별 단면 이미지를 출력하기 위해, 상기 단위 층 별 단면 이미지를 출력하기 전, 최초에 상기 수조에서 상기 원점 위치로부터 시작하여 상기 출력 영역의 전체를 왕복 이동하고, 이후로 상기 수조에서 상기 원점 위치로부터 시작하여 상기 단위 층 별 단면 이미지의 상기 최외곽 위치까지 왕복 이동하고,
    상기 리코터 모듈의 이동거리는,
    상기 단위 층 별 단면 이미지의 상기 크기에 따라 가변되는 3차원 프린터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 입체 성형 모델은 복수 개이고,
    상기 구동 모듈은 상기 원점 위치로부터 복수의 상기 입체 성형 모델을 높이가 높은 순서대로 배치하는 3차원 프린터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동 모듈은 상기 단위 층 별 단면 이미지가 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역을 검출하고, 상기 단면 이미지가 존재하지 않는 영역을 상기 단면 이미지가 존재하는 영역 보다 상기 리코터 모듈의 이동 속도를 빠르게 설정하는 3차원 프린터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단위 층 별 단면 이미지에 따라 상기 광 경화성 액상 수지를 경화시켜 단위 입체 성형물을 형성하고, 상기 단위 층 별 상기 단위 입체 성형물을 적층하여 입체 성형물을 출력하는 성형 모듈을 더 포함하는 3차원 프린터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 성형 모듈은
    상기 단위 층 별 단면 이미지에 따라 광을 조사하여 상기 광 경화성 액상 수지를 경화시키는 광원부; 및
    상기 광 경화성 액상 수지가 경화되어 형성된 단위 입체 성형물을 지지하고, 상기 수조의 상부 방향으로 하강하여 상기 단위 층 별로 적층된 상기 단위 입체 성형물을 상기 입체 성형물로 출력하는 적층 플레이트를 포함하는 3차원 프린터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 리코터 모듈은 현재 단위 층의 상기 단위 입체 성형물이 출력된 이후에 상기 현재 단위 층에 설정된 이동 거리만큼 이동하여 상기 광 경화성 액상 수지를 도포하는 3차원 프린터.
  9. 구동 모듈에서, 출력 영역의 미리 설정된 원점 위치에 근접하게 배치된 입체 성형 모델을 복수의 단위 층으로 구분하여 단위 층 별 단면 이미지를 생성하고, 상기 단위 층 별 단면 이미지의 크기를 검출하여 단위 층 별 이동 거리를 설정하는 단계; 및
    리코터 모듈에서, 상기 단위 층 별 이동 거리에 따라 이동하여 상기 출력 영역 상에 광 경화성 액상 수지를 도포하는 단계를 포함하고,
    상기 원점 위치는,
    수조의 일측 단부에 최대한 근접하게 설정되도록,
    상기 출력 영역의 일측에서 상기 리코터 모듈이 이동하기 시작하는 위치로 설정되고,
    상기 구동 모듈은,
    상기 원점 위치와 상기 단위 층 별 단면 이미지의 최외곽 위치 사이의 거리를 산출하여 상기 이동 거리를 설정하고,
    상기 리코터 모듈은,
    상기 단위 층 별 단면 이미지를 출력하기 위해,
    상기 단위 층 별 단면 이미지를 출력하기 전, 최초에 상기 수조에서 상기 원점 위치로부터 시작하여 상기 출력 영역의 전체를 왕복 이동하고,
    계속하여 상기 수조에서 상기 원점 위치로부터 시작하여 상기 단위 층 별 단면 이미지의 상기 최외곽 위치까지 왕복 이동하고,
    상기 리코터 모듈의 이동거리는,
    상기 단위 층 별 단면 이미지의 상기 크기에 따라 가변되는 3차원 프린터의 구동 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 입체 성형 모델은 복수 개이고,
    상기 구동 모듈은 상기 원점 위치로부터 복수의 상기 입체 성형 모델을 높이가 높은 순서대로 배치하는 3차원 프린터의 구동 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 구동 모듈은 상기 단위 층 별 단면 이미지가 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역을 검출하고, 상기 단면 이미지가 존재하지 않는 영역을 상기 단면 이미지가 존재하는 영역 보다 상기 리코터 모듈의 이동 속도를 빠르게 설정하는 3차원 프린터의 구동 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    성형 모듈에서, 상기 단위 층 별 단면 이미지에 따라 상기 광 경화성 액상 수지를 경화시켜 단위 입체 성형물을 형성하고, 상기 단위 층 별 상기 단위 입체 성형물을 적층하여 입체 성형물을 출력하는 단계를 더 포함하는 3차원 프린터의 구동 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 리코터 모듈은 현재 단위 층의 상기 단위 입체 성형물이 출력된 이후에 상기 현재 단위 층에 설정된 이동 거리만큼 이동하여 상기 광 경화성 액상 수지를 도포하는 3차원 프린터의 구동 방법.
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