KR102432741B1

KR102432741B1 - 이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터

Info

Publication number: KR102432741B1
Application number: KR1020210017736A
Authority: KR
Inventors: 조광호; 이상규; 정연성; 위성준; 신원준
Original assignee: 주식회사 쓰리디컨트롤즈
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2022-08-16

Abstract

본 발명은 제작 플랫폼의 상면에 구조물의 형태에 따라 한 층씩 경화되는 고점도 레진을 수용하며 재료를 토출하는 재료 토출부를 포함하는 레진 수조; 레진 수조의 상부에 배치되며 이동 방향에 따라 순차적으로 하강하여 고점도 레진의 상면을 평탄화하는 두 개의 블레이드; 및 하단부에 두 개의 블레이드를 동시에 체결하며 상하 방향과 수직한 방향에 대해 좌우로 이동시키는 블레이드이송블록을 포함한 이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터이다.

Description

이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터{A THREE DIMENSIONAL PRINTER WITH DUAL TILTED BLADES}

본 발명은 이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단일 블레이드가 좌우로 이동하며 레진(resin)을 평탄화함에 따라 제작 실패를 야기하던 기존의 3차원 프린터의 한계를 개선하기 위해 서로 다른 방향으로 틸트된 두 개의 블레이드가 이동 방향에 기초하여 번갈아가면서 상하 방향으로 이동하며 순차적으로 레진을 평탄화함으로써 제작 실패율을 최소화한 3차원 프린터에 관한 것이다.

일반적으로 탑다운 방식의 3차원 프린터는 수조(Vat)에 채워진 레진(Resin)의 상부에서 광원을 조사하여 경화시키고, 경화된 재료가 제작 플랫폼(Platform)의 상면 고정된 상태에서 Z축 구동부가 하부 방향으로 이동하면서 다음 재료 층들이 상부 방향으로 적층되면서 제작된다.

그러나, 탑다운 방식의 3차원 프린터 중에서 세라믹(Ceramic)을 사용하는 3차원 프린터는 세라믹의 높은 점성 때문에 제품 제작의 실패율이 현저히 높으며, 높은 불량률을 초래하는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 세라믹을 함유한 레진을 사용하는 3차원 프린터의 경우에는 블레이드가 양방향으로 왕복 운동하면서 레진을 평탄화하기 때문에 항상 블레이드의 진행 방향과 반대편에 위치한 블레이드의 뒷면에 레진이 묻게 된다. 이때 뒷면에 묻은 레진이 재료 평탄화를 위한 블레이드의 움직임에 의해 블레이드에서 떨어지면서 정상적인 재료층의 높이보다 높게 경화되게 된다. 이에 따라, 높게 경화된 재료층에는 다음 층 적층을 위해 왕복 운동하는 블레이드와 충돌하면서 크랙이 형성되어 제품의 완성도를 떨어뜨리는 문제가 있다.

따라서, 상술한 바와 같이 양방향으로 왕복 운동하면서 고점도 재료를 적층하여 제품을 제작하는 탑다운 방식의 3차원 프린터의 단점을 해결하기 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 서로 다른 방향으로 틸트된(tilted) 두 개의 블레이드가 이동 방향에 기초하여 번갈아가면서 상하 방향으로 이동하여 재료를 도포하고 다시 회수함으로써 레진을 보다 균등하게 도포할 수 있는 3차원 프린터를 제공하는데 있다.

본 발명은 재료를 도포하는 블레이드와 경화하고 남은 잔여 레진을 회수하는 블레이드가 순차적으로 동작함에 따라 블레이드의 뒷면이 고점성의 레진으로 오염되어 제작 실패를 야기하는 문제점을 효과적으로 개선한 3차원 프린터를 제공하는데 있다.

본 발명은 두 개의 블레이드가 서로 다른 방향에 대해 틸트되어 재료를 도포하고 회수하기 때문에 별도의 재료 회수부를 구비하지 않아도 되므로 구조가 간소화되어 제품의 생산성이 향상된 3차원 프린터를 제공하는데 있다.

본 발명의 일차 블레이드가 재료를 도포하고 이차 블레이드가 재료를 회수하면서 재료의 상단면이 두 개의 블레이드가 한번 왕복할 때 재료의 공급 및 회수가 한번에 일어나기 때문에 제작물의 제작 속도가 향상된 3차원 프린터를 제공하는데 있다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터는 제작 플랫폼의 상면에 구조물의 형태에 따라 한 층씩 경화되는 고점도 레진을 수용하며 재료를 토출하는 재료 토출부를 포함하는 레진 수조; 레진 수조의 상부에 배치되며 이동 방향에 따라 순차적으로 하강하여 고점도 레진의 상면을 평탄화하는 두 개의 블레이드; 및 하단부에 두 개의 블레이드를 동시에 체결하며 상하 방향과 수직한 방향에 대해 좌우로 이동시키는 블레이드이송블록을 포함할 수 있다.

또한, 두 개의 블레이드는 서로 다른 방향에 대해 기울어진 직각 삼각형 형상이며, 두 개의 블레이드의 마주보는 면은 둔각을 이룰 수 있다.

또한, 두 개의 블레이드는 재료 토출부로부터 공급된 재료를 재료 토출부를 기준으로 타 방향으로 도포하는 제1블레이드 및 제1블레이드에 의해 도포되어 경화되고 남은 잔여 레진을 재료 토출부 방향으로 회수하는 제2블레이드를 포함할 수 있다.

또한, 재료 토출부에서 재료가 토출되면 제1블레이드는 하강하고 제2블레이드는 상승한 후, 재료 토출부에서 제작 플랫폼을 거쳐 레진의 상면을 평탄화할 수 있다.

또한, 평탄화 작업이 완료되면, 다음 레이어 경화를 위해 제작 플랫폼을 거쳐 재료 토출부로 레진의 상면을 평탄화하면서 잔여 레진을 재료 토출부로 회수할 수 있다.

또한, 레진 수조가 고정된 베이스 플레이트의 일 측에 배치된 재료 공급부를 더 포함하고, 재료 공급부는 재료공급펌프를 이용하여 재료 토출부에 공급하는 고점도 레진을 수용하는 재료 공급통을 포함할 수 있다.

또한, 제작 플랫폼은 하단부에 배치된 전자석에 의해 탈부착될 수 있다.

전술한 바와 같이 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터의 동작 방법은 재료공급펌프를 이용해서 재료 공급통에 수용된 고점도 레진을 레진 수조에 포함된 재료 토출부로 공급하는 단계; 구조물 제작을 위해 경화하기 위한 한 레이어의 높이만큼 하강한 제작 플랫폼의 상에 채워진 레진의 상단면을 제1블레이드를 이용하여 평탄화하는 1차 평탄화 단계; 및 1차 평탄화 단계 이후 제1블레이드의 엣지면과 대칭되는 방향으로 틸트(tilt)된 제2블레이드를 이용하여 레진의 상단면을 평탄화하며 남은 레진을 회수하는 2차 평탄화 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 제1블레이드는 블레이드들의 진행방향을 기준으로 예각으로 틸트되며, 제2블레이드는 블레이드들의 진행방향을 기준으로 둔각으로 틸트될 수 있다.

또한, 1차 평탄화 단계에서, 제1블레이드는 하강하고 제2블레이드는 상승한 상태를 유지할 수 있다.

또한, 2차 평탄화 단계에서, 제1블레이드는 상승하고 제2블레이드는 하강한 상태를 유지할 수 있다.

또한, 2차 평탄화 단계 이후 구조물 제작이 완료되면 제작 플랫폼의 하단부에 배치된 전자석을 이용하여 제작 플랫폼을 탈착하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 과제의 해결수단은 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

본 발명은 서로 다른 방향으로 틸트된(tilted) 두 개의 블레이드가 이동 방향에 기초하여 번갈아가면서 상하 방향으로 이동하여 재료를 도포하고 다시 회수함으로써 레진을 보다 균등하게 도포할 수 있기 때문에 재료 표면에 생기는 기포를 최소화할 수 있다.

본 발명은 재료를 도포하는 블레이드와 경화하고 남은 잔여 레진을 회수하는 블레이드가 순차적으로 동작함에 따라 블레이드의 뒷면에 묻은 고점도 레진이 광중합 반응 시 레진이 기 적층된 재료층에 떨어져 정상적인 높이 보다 높게 경화되는 것을 방지하고, 이에 따라 기 경화된 재료층과 블레이드의 충돌로 인해 크랙이 발생하는 문제를 사전에 예방함으로써 제작 성공률을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 두 개의 블레이드가 서로 다른 방향에 대해 틸트되어 재료를 도포하고 회수하기 때문에 별도의 재료 회수부를 구비하지 않아도 되므로 구조가 간소화되어 3차원 프린터의 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 일차 블레이드가 재료를 도포하고 이차 블레이드가 재료를 회수하면서 재료의 상단면이 두 개의 블레이드가 한번 왕복할 때 재료의 공급 및 회수가 한번에 일어나기 때문에 제작물의 제작 속도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 제품의 제작 실패를 최소화함에 따라 시장 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 레진 평탄화 단계 직전의 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드가 레진을 평탄화하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드를 Y축 방향으로 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드가 원위치로 리턴되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드의 이동 및 재료 공급 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 동작과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 비교예에 따른 블레이드의 이동 및 재료 공급 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제작 플랫폼을 설명하기 위한 예시도이다.

발명의 이점, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우, '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하에서는, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린터에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린터의 단면도이다.

본 발명의 3차원 프린터(1000)는 블레이드가 좌우 방향으로 왕복 이동하면서 제작 플랫폼 상에 레진(Resin)을 도포하면서 구조물을 층층이 적층하는 탑다운(Top-down) 방식의 프린터이다. 본 발명에서 3차원 프린터(1000)는 치과용 제작물(예: 치아, 치아보형물 등과 같은 소형 제작물)을 제작하는 것을 기본으로 하나, 탑다운 방식인 3차원 프린터의 특성 상 크기가 다소 크고 무거운 구조물도 제작할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 3차원 프린터(1000)는 재료 공급부(110), 광경화부(120), 블레이드(130), 베이스 플레이트에 고정되는 레진수조(140) 및 재료공급펌프(150)를 포함한다.

재료 공급부(110)는 레진 수조(140) 상부에 재료를 공급해주는 구성으로서, 베이스 플레이트(160)의 일측 모서리 상단에 배치되는 것을 특징으로 한다. 보다 상세하게, 재료 공급부(110)는 재료공급 리프트(111), 무게추(112) 및 재료 공급통(113)을 포함한다. 재료공급 리프트(111)는 무게추(112)와 재료 공급통(113)을 상하 방향으로 이동시키는 수단으로서, X축과 평행한 길이 방향으로 형성된다.

재료 공급통(113)은 재료 공급통(113)의 Y축 정면부에 배치된 재료공급펌프(150)에 의해 재료 토출부(150)로 공급될 재료(이하, 레진(Resin)이라고도 함)가 수용되는 원통 형상의 통이다. 재료 공급통(113) 이 무게추(112)에 의해 재료를 재료공급펌프(150)로 흘려보냄에 따라 재료는 펌프와 레진수조(140)의 하단부와 연결된 관을 통해 재료 토출부(141)로 이동된다.

광경화부(120)는 하부에 배치된 레진 수조(140) 내에 수용되는 고점도의 광경화 수지를 경화시키는 구성으로서, LED를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광경화부(120)는 재료 공급부(110)를 기준으로 Y축에 대해 우측에 배치된다. 광경화부(120)는 고정축(121), 지지블록(122) 및 광학렌즈(123)를 포함한다. 고정축(121)의 일측면에는 광학렌즈(123)를 지지하는 지지블록(122)이 고정된다.

광학렌즈(123)의 하단에는 다양한 구성요소가 형성되는 베이스 플레이트(160)가 배치된다. 예를 들어, 베이스 플레이트(160)에는 고점도의 광경화 수지(이하, “광중합 재료” 또는 “레진(Resin)”이라고도 함)를 수용하는 레진 수조(140), 레진 수조(140)에 수용되는 레진의 상단면을 평탄화하는 블레이드(130)가 배치될 수 있다.

여기서, 레진 수조(140)는 고점도의 레진을 수용하는 배트(Vat)이다. 여기서, 본 발명의 레진은 세라믹(Ceramic)을 함유한 높은 점성의 물질인 것을 특징으로 한다. 레진의 점성은 세라믹의 함유량에 따라 상이해지지만 일반적으로 세라믹이 함유되지 않은 레진에 비해 점성이 매우 높은 편인 것으로 이해되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 발명의 레진 재료인 세라믹은 지르코니아(Zirconia, ZrO2) 등을 포함할 수 있다.

보다 상세하게, 레진 수조(140)는 도 1에 도시된 바와 같이, 재료 토출부(141) 및 제작 플랫폼(142)으로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 레진 수조(140)는 재료를 공급하는 공급부는 있지만 광경화 후 잔여되는 재료를 회수하는 회수부를 별도로 구비하지 않는 것을 특징으로 한다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 2 내지 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.

재료 토출부(141)는 레진 수조(140)의 일측에 배치되며 펌프에 의해 공급받은 재료(이하, 광경화 수지라고도 함)를 수용하는 수용부 및 상기 수용부의 상면에 복수의 홀이 형성된 판을 포함하는 것을 특징으로 한다. 재료 토출부(141)는 복수의 홀을 통해 고점도 레진을 제작 플랫폼(142) 상에 공급하는 것을 특징으로 한다.

제작 플랫폼(142)은 상부에서 조사되는 레이저 빔 또는 패턴화 된 자외선 이미지(DLP)에 의해 액상의 광경화 수지가 광중합반응(photopolymerizaion, 이하 열화반응이라고도 함)에 의해 경화되는 고체의 재료가 층층이 적층되는 구성이다. 이때, 제작 플랫폼(142)과 광학렌즈(123) 사이에는 UV LED가 조사되는 경로인 광경로가 형성된다.

한편, 본 발명의 3차원 프린터(1000)는 치과용 제작물을 만드는데 적합한 용도임에 따라, 사용되는 세라믹의 입자는 Tetragonal(정방형, 육면체) 형태의 입자와 Cubic(입방체, 정육면체) 형태의 입자가 혼합되어 제작되는 것을 특징으로 한다. 이때, 빛이 Tetragonal(정방형, 육면체) 형태의 입자가 많은 세라믹을 통과하게 되면 빛의 산란이 많이 일어나기 때문에(이하, “광이 수평방향으로 확산되기 때문에”라고도 함) 투명도가 떨어진다. 이와 반대로, Cubic(입방체, 정육면체) 형태의 입자를 빛이 통과할 경우에는 빛이 산란하지 않고 똑바로 통과하기 때문에(이하, '광이 수직 방향으로 확산되기 때문에'라고도 함) 더욱 투명하게 보이게 되므로 우수한 심미성을 갖는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에서 사용되는 레진은 Cubic 형태의 입자가 Tetragonal 형태의 입자 보다 많이 함유되어 있는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 본 발명의 3차원 프린터(1000)로 제작되는 제작물은 투명도가 높아 자연치아와 유사한 모습으로 구현될 수 있다.

레진수조(140)의 상단에는 블레이드(130)가 배치된다. 블레이드(130)는 엣지가 서로 다른 방향으로 틸트된(tilted) 두 개의 블레이드(예: 제1블레이드(131-1) 및 제2블레이드(131-2)) 및 블레이드이송블록(132)으로 구성된다.

제1블레이드(131-1) 및 제2블레이드(131-2)는 이동 방향에 기초하여 순차적으로 동작되는 것을 특징으로 한다. 또한, 제1블레이드(131-1) 및 제2블레이드(131-2)는 '팔(八)자' 형상으로 틸트된 형상을 갖는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에서 제1블레이드(131-1)와 상기 제2블레이드(131-2)는 블레이드의 엣지면이 서로 대칭되는 방향으로 틸트되는 것으로 이해되는 것이 바람직하다. 이에, 각각의 블레이드(131-1, 131-2)는 틸트 블레이드(Tilt blade)라고 지칭될 수도 있다. 후술되는 도 5를 참조하면, 블레이드(130)는 엣지부로 갈수록 뾰족해지는 직삼각형의 날인 것을 특징으로 한다.

보다 상세하게, 두 개의 블레이드(131-1, 131-2)가 2회에 걸쳐 레진의 상면을 평탄화하되 하나는 재료 토출부에서 공급된 재료를 공급하기 위해 동작하며, 다른 하나는 광경중합 반응이 일어나고 남은 레진을 회수하여 다시 재료 토출부(141)를 향해 이동시키기 위해 동작하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 제1블레이드(131-1) 및 제2블레이드(131-2)는 각각의 블레이드의 측면 및 상면을 감싸는 프레임인 블레이드이송블록(132)의 내부에 배치된 이동축(136)에 의해 상하 방향으로 직선운동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 블레이드이송블록(132)은 양측단부에 배치된 기어블록이 베이스플레이트(150)의 하단부에 배치된 체인(chain)에 체결되어 Y축 방향에 대해 양방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.

제1블레이드(131-1) 및 제2블레이드(131-2)의 동작에 대한 보다 상세한 설명은 도 3 등을 참조하여 후술하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드가 레진을 평탄화하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드를 Y축 방향으로 자른 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드가 원위치로 리턴되는 과정을 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드의 이동 및 재료 공급 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 동작 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 도 7은 본 발명의 비교예에 따른 블레이드의 이동 및 재료 공급 과정을 설명하기 위한 도면이다.

단계 S100에서, 재료 공급통(113)과 연결된 재료공급펌프(150)를 이용해서 재료 공급통(113)에 있는 재료를 레진 수조(140)에 배치된 재료 토출부(141)를 통해 재료를 공급한다.

이어서 단계 S200(이하, '1차 평탄화 단계'라고도 함)에서, 구조물 제작을 위해 경화하기 위한 한 레이어의 높이만큼 하강한 제작 플랫폼(142)의 상에 채워진 레진의 상단면을 평탄화는 1차 평탄화한다.

보다 상세하게, 1차 평탄화 단계에서는 도 5의 ①처럼 진행 방향을 기준으로 예각로 틸트된 제1블레이드(131-1)가 하강하고 제2블레이드(131-2)는 상승한 상태에서 평탄화가 이루어진다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1블레이드(131-1)에 의한 평탄화는 블레이드이송블록(132)이 제작 플랫폼(142)을 향해 Y축 방향으로 이동하면서 이루어지는 것을 알 수 있다.

또한, 예각으로 틸트된 제1블레이드(131-1)는 블레이드 엣지면으로 공급된 재료를 도포하면서 이동하게 되고, 제2블레이드(131-2)는 재료 도포에 관여하지 않는 것을 특징으로 한다. 여기서, 제1블레이드(131-1) 수평으로 이동하는 진행 방향에 대해 예각을 이루고 있기 때문에 제1블레이드(131-1)에 의해 평탄화되는 레진들은 제1블레이드(131-1)의 엣지면에 모두 감싸지면서 이동될 수 있다.

이어서, 단계 S300(이하, '블레이드 높이 조절 단계'라고도 함)에서 도 5의 ②③ 및 도 3처럼 1차 평탄화 작업을 완료한 제1블레이드(131-1)를 위로 상승시키고, 제2블레이드(131-2)는 1차 평탄화 작업 이후 남은 레진을 회수하기 위해 아래로 하강시킨다. 이때, 제작 플랫폼(142)은 S200단계에서 경화되어 적층된 레이어의 높이만큼 상승한 후 다시 원래 위치로 돌아오는 것을 특징으로 한다.

보다 상세하게, 도 3에 도시된 바와 같이 제1블레이드(131-1)가 상승하고 제2블레이드(131-2)가 하강할 때 크랭크축(137)에 의해 이동축(136)이 상하 방향으로 직선운동한다. 이때, 이동축(136)은 이동축(136)의 하단부의 내측에 배치된 스프링에 의해 움직이는 것을 특징으로 한다. 이동축(136)이 상하방향으로 이동함에 따라 하단부에 배치된 이동축의 하단부를 감싸는 블록(134)이 하단부에 배치된 높이조절폼(133)을 상하 방향으로 이동시켜 제1,2블레이드(131-1, 131-2)를 상하 방향으로 이동시킨다.

이어서, 단계 400(이하, '2차 평탄화 단계'라고도 함)에서, 위치가 아래로 하강한 제2블레이드(131-2)는 재료 토출부(141)를 향해 이동하면서 남은 재료를 회수한다. 이때, 재료의 상단면은 도 4에 도시된 바와 같이 제2블레이드(131-2)가 Z축 재료 토출부(141)를 향해 이동하면서 2차적으로 평탄화가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 반해, 비교예에 따른 3차원 프린터는 도 7에 도시된 바와 같이 펌프(650)를 이용하여 레진 수조(640)의 양측에 배치된 서브수조(640-1, 640-2) 중 한쪽 수조의 레진을 이용해 타 수조의 재료를 넘치게 공급한 후(도 7의 ①DLP 초점거리와 동일한 표면으로 블레이드(630)를 움직이며 잔여 재료를 다시 반대쪽 수조로 버린 후 다음 레이어를 제작한다(도 7의 ②이후, 다시 반대쪽 수조의 재료를 이용하여 타 수조의 재료를 넘치게 공급하여(도 7의 ③DLP 초점거리와 동일한 표면으로 블레이드(830)를 움직이며 잔여 재료를 다시 반대쪽 수조로 버린 후 다음 레이어를 제작하는 과정(도 7의 ④을 반복한다.

이처럼 비교예에 따른 3차원 프린터는 펌프(650)를 이용해 수조(640-1, 640-2) 간의 재료 공급이 이루어질 때, 레진을 평탄화하는 과정을 반복함에 따라 블레이드(630)의 진행방향과 반대편인 블레이드(630)의 뒷면에는 항상 잔여물이 묻게 된다. 이에 따라, 레진을 평탄하는 과정에서 블레이드(630)가 동작할 때, 블레이드(630)의 진행 방향에서는 정상적인 높이로 레진의 높이가 유지되는 반면 블레이드(630)의 뒷면에는 묻어있는 잔여물이 블레이드(630)에서 떨어지면서 비정상적인 높이로 레진의 표면이 형성되게 된다.

비정상적인 높이 즉, 평탄화 되어야 할 레진의 높이보다 높게 표면이 형성된 채로 광학렌즈(610)에 의해 광 중합 반응이 이루어질 경우에는 비정상적으로 높은 고체가 형성되게 된다. 이는 다음 층 제작을 위해 움직이는 블레이드(630)에 충돌을 유발하면서 표면에 크랙(crack)을 발생시키게 된다.

결과적으로 비교예에 따른 3차원 프린터는 비정상적인 높이로 경화된 재료층이 블레이드와 충돌하면서 제작 실패를 유발하여 제품의 완성도를 떨어뜨리는 치명적인 문제점을 가지고 있었다.

그러나 도 1 내지 도 5을 참조하여 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터는 단일 블레이드가 양방향으로 이동하면서 재료의 상단면을 평탄화함에 따라 제작 실패를 야기하던 기존의 3차원 프린터의 한계를 개선하기 위해 서로 다른 방향에 대해 틸트된 이중 블레이드가 하나씩 상승 또는 하강하면서 재료를 공급 및 회수함으로써 재료의 표면을 보다 정교하게 평탄화하는 3차원 프린터를 개발하였다.

이처럼 본 발명에 따르면, 본 발명은 서로 다른 방향으로 틸트된(tilted) 두 개의 블레이드가 이동 방향에 기초하여 번갈아가면서 상하 방향으로 이동하여 재료를 도포하고 다시 회수함으로써 레진을 보다 균등하게 도포할 수 있기 때문에 재료 표면에 생기는 기포를 최소화할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제작 플랫폼을 설명하기 위한 예시도이다.

제작 플랫폼(142)은 실제로 제작물이 제작되는 판으로서, 도 8에 도시된 바와 같이 상판으로 이해되는 것이 바람직하다. 보다 상세하게, 구조물이 제작되는 상판의 하부에는 전자석(844)과 전자석(844)에 의해 자력이 생성되어 상판을 흡착하는 하판(843)이 배치되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 제작 플랫폼(142)은 구조물이 한층씩 적층되는 과정 중에는 하부에 배치된 전자석(844)의 자력에 의해 단단하게 잡은 상태로 유지되고, 구조물의 제작이 완료된 후에는 전자석(844)의 자력을 최소로 조절하여 하판(843)과 상판(142) 사이의 흡착력을 제거할 수 있다.

따라서, 본 발명의 3차원 프린터(1000)는 제작 플랫폼(142)이 탈부착되는 구조를 갖음으로써, 제작 플랫폼이 리니어 액추에이터에 고정되어 협소한 공간 내에서 완성된 구조물을 헤라로 탈착했어야 하는 기존 3차원 프린터의 한계점을 개선할 수 있다. 다시 말해, 기존의 3차원 프린터는 제작 플랫폼이 탈착되지 않고 광경화용 렌즈 하부에 배치된 상태에서 고정되어 있기 때문에 구조물이 완성되면 이 상태에서 헤라와 같이 평평한 도구를 사용해서 구조물의 최하단부를 긁어서 탈착시켜야 하는데, 이때 협소한 공간 때문에 구조물이 다른 부품에 부딪히면서 파손되는 문제가 있었다.

이에 반해, 본 발명은 제작 플랫폼(142)이 탈부착되는 구조를 채택함에 따라 완성된 구조물을 탈착할 때 구조물에 크랙이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1000: 3차원 프린터 111: 재료공급 리프트
112: 재료 공급통 113: 무게추
120: 광경화부 121: 고정축
122: 지지블록 123: 광학렌즈
130: 블레이드 131-1: 제1블레이드
131-2: 제2블레이드 132: 블레이드이송블록
133: 높이조절폼 134: 블록
135: 스프링 136: 이동축
137: 크랭크축 141: 재료 토출부
142: 제작 플랫폼 150: 재료공급펌프
843: 하판 844: 전자석

Claims

제작 플랫폼의 상면에 구조물의 형태에 따라 한 층씩 경화되는 고점도 레진을 수용하며 재료를 토출하는 재료 토출부를 포함하는 레진 수조;
상기 레진 수조의 상부에 배치되며 이동 방향에 따라 순차적으로 하강하여 상기 고점도 레진의 상면을 평탄화하는 두 개의 블레이드; 및
하단부에 상기 두 개의 블레이드를 동시에 체결하며 상하 방향으로 이동하는 상기 두 개의 블레이드의 이동 방향과 수직한 좌우 방향으로 이동하는 블레이드이송블록을 포함하되,
상기 두 개의 블레이드 중 진행 방향에 대해 선두에 위치한 하나의 블레이드는 상기 레진의 상면과 이격된 높이에서 둔각을 이루고, 진행 방향에 대해 후미에 위치한 다른 하나의 블레이드는 상기 제작 플랫폼 상에 채워진 상기 레진의 상면과 접한 상태에서 예각을 이루는, 이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터.
제1항에 있어서,
상기 두 개의 블레이드는 서로 다른 방향에 대해 기울어진 직각 삼각형 형상이며, 상기 두 개의 블레이드의 마주보는 면은 둔각을 이루는, 이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터.
제1항에 있어서,
상기 상기 제작 플랫폼과 둔각을 이루는 하나의 블레이드는 상기 재료 토출부로부터 공급된 재료를 상기 재료 토출부를 기준으로 타 방향으로 도포하하고, 상기 제작 플랫폼과 예각을 이루는 다른 하나의 블레이드는 1차 도포 후 남은 잔여 레진을 상기 재료 토출부 방향으로 회수하는, 이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터.
삭제
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제1항에 있어서,
상기 레진 수조가 고정된 베이스 플레이트의 일 측에 배치되며 재료공급리프트에 의해 상하 방향으로 움직이는 무게추 및 상기 무게추에 의해 재료공급펌프로 이동시킬 고점도 레진을 수용하는 원통 형상의 재료 공급통을 포함하는된된 재료 공급부를 더 포함하고,
상기 재료 토출부는 상기 재료공급펌프로부터 상기 고점도 레진을 공급받는, 이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터.
제1항에 있어서,
상기 제작 플랫폼은 구조물이 제작되는 상판 및 상기 상판에 형성된 전자석에 의해 형성된 자력으로 상기 상판과 탈부착되는 하판을 포함하는, 이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터.
재료공급펌프를 이용해서 재료 공급통에 수용된 고점도 레진을 레진 수조에 포함된 재료 토출부로 공급하는 단계;
구조물 제작을 위해 경화하기 위한 한 레이어의 높이만큼 하강한 제작 플랫폼의 상에 채워진 레진의 상단면을 제1블레이드를 이용하여 평탄화하는 1차 평탄화 단계; 및
상기 1차 평탄화 단계 이후 상기 제1블레이드의 엣지면과 대칭되는 방향으로 틸트(tilt)된 제2블레이드를 이용하여 상기 레진의 상단면을 평탄화하며 남은 레진을 회수하는 2차 평탄화 단계;를 포함하되,
블레이드의 진행 방향에 대해 선두에 위치한 상기 제1블레이드는 상기 레진의 상면과 이격된 높이에서 둔각을 이루고, 진행 방향에 대해 후미에 위치한 상기 제2블레이드는 상기 제작 플랫폼 상에 채워진 상기 레진의 상면과 접한 상태에서 예각을 이루는, 이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터의 동작 방법.
삭제
제8항에 있어서,
상기 1차 평탄화 단계에서,
상기 제1블레이드는 하강하고 상기 제2블레이드는 상승한 상태를 유지하는, 이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터의 동작 방법.
제8항에 있어서,
상기 2차 평탄화 단계에서,
상기 제1블레이드는 상승하고 상기 제2블레이드는 하강한 상태를 유지하는, 이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터의 동작 방법.
제8항에 있어서,
상기 2차 평탄화 단계 이후 구조물 제작이 완료되면 상기 제작 플랫폼의 하단부에 배치된 전자석을 이용하여 상기 제작 플랫폼을 탈착하는 단계를 더 포함하는, 이중 틸티드 블레이드를 구비한 3차원 프린터의 동작 방법.