KR102449501B1 - ３ｄ 프린터의 ｌｃｄ 패널 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광원 모듈로부터 조사된 광을 LCD 패널에 투과시켜 수조 내의 광경화성 수지를 경화시킴으로써 조형물을 제작하는 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치로서, 상기 광원 모듈과 상기 LCD 패널 사이에 배치되는 밀폐 케이스; 및 상기 밀폐 케이스의 일측면 또는 하부면에 설치되고, 상기 밀폐 케이스 내부의 공기를 냉각시켜 상기 LCD 패널을 냉각시키는 냉각 모듈을 포함하고, LCD 패널을 효과적으로 냉각시켜 LCD 패널의 흑화 현상을 방지함으로써 조형 품질을 개선할 수 있다.

Description

３Ｄ 프린터의 ＬＣＤ 패널 냉각 장치{Apparatus for cooling LCD panel of 3D printer}
본 발명은 LCD 방식의 3D 프린터에 관한 것으로서, 구체적으로는 LCD 패널을 냉각시켜 조형 품질을 개선할 수 있는 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치에 관한 것이다.
3D 프린터는 재료의 연속적인 레이어를 2차원 프린터와 같이 출력하여 이를 적층함으로써 대상물을 만드는 제조 장치로서, 디지털화된 도면 정보를 바탕으로 빠르게 대상물을 제작할 수 있어서 프로토타입 샘플 제작 등에 주로 사용된다.
이러한 3D 프린터의 제품 성형 방식에는, 광경화 수지에 레이저를 주사하여 주사된 부분이 경화되도록 하는 SLA(Stereo Lithography Apparatus) 방식, 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하여 소결시키는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식, 용융 수지를 압출하여 조형하는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식, 고출력 레이저 빔으로 금속을 직접 성형하는 DMT(Laser-aid Direct Metal Tooling) 방식, 기계접합 조형 방식인 LOM(Laminated Object Manufacturing) 방식, 광경화성 수지가 저장된 수조의 하부로 광을 조사하여 경화시키는 DLP(Digital Light Processing) 방식 등이 있다.
상기한 3D 프린터의 제품 성형 방식들 중 DLP 방식은, 한 번에 하나의 면을 적층하므로 프린팅 시간은 짧지만, 프린팅 면적에 따라 해상도가 달라지게 되는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, LCD 패널을 이용한 LCD 방식의 3D 프린터가 제안된 바 있다.
이러한 LCD 방식의 3D 프린터는 광경화성 수지가 저장된 수조와 광원 사이에 LCD 패널을 설치하여 프린팅 면적에 관계없이 LCD 패널의 해상도로 조형물을 프린팅할 수 있다는 장점이 있다.
그러나, LCD 패널 자체에서 발생하는 열 그리고 3D 프린터 내부에서 발생하는 열로 인해 LCD 패널의 온도가 높아지면 LCD 패널에 흑화 현상이 발생하여 광원으로부터 조사된 광이 수조까지 원활하게 투과되지 못하게 되고, 이에 따라 조형 품질이 저하되는 문제가 발생한다.
선행기술문헌 1: 등록특허 제10-2184582호(2020.11.30. 공고)
선행기술문헌 2: 등록특허 제10-1800667호(2017.12.20. 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, LCD 패널을 효과적으로 냉각시켜 LCD 패널의 흑화 현상을 방지함으로써 조형 품질을 개선할 수 있는 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 광원 모듈로부터 조사된 광을 LCD 패널에 투과시켜 수조 내의 광경화성 수지를 경화시킴으로써 조형물을 제작하는 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치로서, 상기 광원 모듈과 상기 LCD 패널 사이에 배치되는 밀폐 케이스; 및 상기 밀폐 케이스의 일측면 또는 하부면에 설치되고, 상기 밀폐 케이스 내부의 공기를 냉각시켜 상기 LCD 패널을 냉각시키는 냉각 모듈을 포함한다.
바람직하게는, 상기 냉각 모듈은, 상기 밀폐 케이스의 내부에 배치되는 저온측 히트싱크; 상기 밀폐 케이스의 외부에 배치되는 고온측 히트싱크; 및 상기 저온측 히트싱크와 상기 고온측 히트싱크 사이에 설치되고, 전류가 인가되면 상기 저온측 히트싱크와의 접촉면이 냉각되고 상기 고온측 히트싱크와의 접촉면이 가열되는 펠티어 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 펠티어 소자는 한 쌍으로 이루어져 상기 밀폐 케이스의 일측면과 동일선상에 배치되고, 상기 저온측 히트싱크 및 상기 고온측 히트싱크와 면접하는 것을 특징으로 한다.
추가적으로, 상기 저온측 히트싱크의 상기 펠티어 소자와 면접하는 면과 반대편에 있는 면에는 냉기 순환팬이 설치되고, 상기 냉기 순환팬은 상기 저온측 히트싱크의 외측에 설치된 브라켓을 통해 상기 저온측 히트싱크와 일정간격 이격되어 배치됨으로써 상기 냉기 순환팬과 상기 저온측 히트싱크 사이에 공기 유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고온측 히트싱크의 상기 펠티어 소자와 면접하는 면과 반대편에 있는 면에는 온기 배출팬이 설치되고, 상기 온기 배출팬은 상기 고온측 히트싱크의 외측에 설치된 브라켓을 통해 상기 고온측 히트싱크와 일정간격 이격되어 배치됨으로써 상기 온기 배출팬과 상기 고온측 히트싱크 사이에 공기 유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 저온측 히트싱크 및 상기 고온측 히트싱크는, 수평방향으로 연장되고 수직방향으로 서로 일정간격 이격되어 배치된 복수의 방열핀들을 구비하여, 수평방향으로의 공기 흐름이 생성되는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 고온측 히트싱크는 3D 프린터의 외부와 연통되는 덕트의 내부에 수용되어 고온측 히트싱크로부터 방열되는 열은 3D 프린터의 내부로 유입되지 않고 3D 프린터의 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밀폐 케이스의 내측면에는 단열재가 삽입되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 광원 모듈은 상기 밀폐 케이스의 저면을 형성하고, 상기 LCD 패널은 상기 밀폐 케이스의 상면을 형성하는 것을 특징으로 한다.
부가적으로, 상기 LCD 패널의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 온도 센서의 측정 결과 상기 LCD 패널의 온도가 소정값이 이상인 경우 상기 펠티어 소자에 전류가 인가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 펠티어 소자의 방열면과 면접하고 있는 저온측 히트싱크는 냉각되고, 펠티어 소자의 흡열면과 면접하고 있는 고온측 히트싱크는 가열됨으로써, 밀폐 케이스 내부의 공기가 냉각되고, 그 결과 밀폐 케이스의 상면을 구성하고 있는 LCD 패널이 냉각되어, LCD 패널의 흑화 현상을 방지할 수 있고, 이에 따라 수조 내에서 조형되는 출력물의 품질 저하를 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 냉기 순환팬과 저온측 히트싱크 사이의 공기 유로 그리고 냉기 배출팬의 구성에 의해 냉각 모듈로부터 생성된 냉기가 밀폐 케이스 내부에서 원활하게 순환 가능하여, 밀폐 케이스의 상면을 형성하고 있는 LCD 패널을 더욱 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 온기 배출팬과 고온측 히트싱크 사이의 공기 유로 그리고 온기 배출팬의 구성에 의해, 냉각 모듈로부터 생성된 온기가 밀폐 케이스 외부로 원활하게 배출 가능하여, 냉각 모듈의 냉기 생성이 보다 원활하게 이루어질 수 있어 밀폐 케이스의 상면을 형성하고 있는 LCD 패널을 더욱 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치가 설치된 3D 프린터의 일부를 절개하여 그 내부를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치의 냉각 모듈을 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치의 냉각 모듈을 다른 방향에서 도시한 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치의 냉각 모듈을 도시한 평면도,
도 7은 본 발명에 따른 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치의 냉각 모듈을 도시한 평단면도,
도 8은 본 발명에 따른 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치의 냉각 모듈의 또 하나의 형태를 도시한 사시도,
도 9는 도 8의 냉각 모듈을 도시한 측면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명에 따른 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치는 밀폐 케이스(100) 및 밀폐 케이스(100) 내부의 공기를 냉각시켜 LCD 패널(10)을 냉각시키는 냉각 모듈(200)을 포함한다.
먼저, 3D 프린터는 하부에 배치되어 상방으로 광을 조사하는 광원 모듈(20), 예를 들면 LED 광원 모듈, 이 LED 광원 모듈(20)과 일정거리 이격되어 LED 광원 모듈(20)의 상부에 배치되는 LCD 패널(10) 및 LCD 패널(10)을 통과한 LED 광원 모듈(20)의 광에 의해 경화되는 광경화성 수지가 저장된 수조(미도시)를 포함하여 구성되고, LED 광원 모듈(20)로부터 조사된 광을 LCD 패널(10)에 투과시켜 수조 내의 광경화성 수지를 경화시킴으로써 조형물을 제작한다.
밀폐 케이스(100)는 LED 광원 모듈(20)과 LCD 패널(10) 사이에 배치된다. 여기서 밀폐 케이스(100)의 저면은 LED 광원 모듈(20)에 의해 형성되고, 밀폐 케이스(100)의 상면은 LCD 패널(10)에 의해 형성된다.
냉각 모듈(200)은 밀폐 케이스(100)의 측면들 중 하나의 측면에 설치되고, 밀폐 케이스(100) 내부의 공기를 냉각시켜 밀폐 케이스(100)의 상면을 형성하고 있는 LCD 패널(10)을 냉각시키는 역할을 한다. 대안적으로, 냉각 모듈(200)은 밀폐 케이스(100)의 하부면 측에 배치될 수도 있다.
도 4 내지 7을 참조하면, 냉각 모듈(200)은 밀폐 케이스(100)의 내부에 배치되는 저온측 히트싱크(210), 밀폐 케이스(100)의 외부에 배치되는 고온측 히트싱크(220) 및 펠티어 소자(230)를 포함하여 구성된다.
저온측 히트싱크(210)와 고온측 히트싱크(220)는 밀폐 케이스(100)의 일측면에 인접하게 배치되어 서로 인접한 상태로 대면한다.
펠티어 소자(230)는 펠티어 효과를 이용하여 방열과 흡열 작용을 하는 것으로서, 전류가 인가됨에 따라 일측면은 방열면으로 작용하여 냉각이 되고 타측면은 흡열면으로 작용하는 가열이 된다. 여기서, 펠티어 소자(230)는 판상의 구조를 가지며, 도면에서 상부측이 방열면으로서 냉기를 생성하고, 도면에서 하부측이 흡열면으로서 열기를 생성하게 된다. 이 펠티어 소자(230)는 저온측 히트싱크(210)와 고온측 히트싱크(220) 사이에 설치되고, 따라서 전류가 인가되면 저온측 히트싱크(210)와 펠티어 소자(230)의 접촉면이 냉각되고, 고온측 히트싱크(220)와 펠티어 소자(230)의 접촉면이 가열된다.
여기서, 펠티어 소자(230)는 한 쌍으로 이루어져 서로 이격된 상태로 밀폐 케이스(100)의 일측면과 동일선상에 배치된다. 즉, 펠티어 소자(230)는 밀폐 케이스(100)의 일측면의 일부로서 구성될 수 있다. 또한, 펠티어 소자(230)는 저온측 히트싱크(210)와 고온측 히트싱크(220) 사이에서 이 히트싱크들(210, 220)과 면접하도록 배치된다.
따라서, 펠티어 소자(230)의 방열면과 면접하고 있는 저온측 히트싱크(210)는 냉각되고, 펠티어 소자(230)의 흡열면과 면접하고 있는 고온측 히트싱크(220)는 가열됨으로써, 밀폐 케이스(100) 내부의 공기가 냉각된다. 그 결과, 밀폐 케이스(100)의 상면을 구성하고 있는 LCD 패널(10)이 냉각되어, LCD 패널(10)의 흑화 현상을 방지할 수 있고, 이에 따라 수조 내에서 조형되는 출력물의 품질 저하를 확실하게 방지할 수 있다.
바람직하게는, 저온측 히트싱크(210)의 내측면, 즉 펠티어 소자(230)와 면접하는 면과 반대편에 있는 면에는 냉기 순환팬(240)이 설치된다. 이 냉기 순환팬(240)은 저온측 히트싱크(210)의 외측에 설치된 브라켓(241)을 통해 저온측 히트싱크(210)와 일정간격 이격되어 배치된다.
구체적으로, 브라켓(241)은 밀폐 케이스(100)의 일측면으로부터 돌출된 저온측 히트싱크(210)의 상면, 저면 및 배면을 둘러싸는 형태로, 예를 들면 'ㄷ'자 형태로 이루어져 저온측 히트싱크(210)에 결합되고, 배면 측에는 냉기 순환팬(240)이 설치되는 설치 공간을 제공한다. 이때, 브라켓(241)의 배면은 저온측 히트싱크(210)의 배면과 일정간격 이격되도록 형성되어, 냉기 순환팬(240)과 저온측 히트싱크(210) 사이에는 공기 유로가 형성된다.
이러한 냉기 순환팬(240)과 저온측 히트싱크(210) 사이의 공기 유로 그리고 냉기 순환팬(240)의 구성에 의해, 냉각 모듈(200)로부터 생성된 냉기는 밀폐 케이스(100) 내부에서 순환이 가능하다(도 1의 파란색 화살표 참조). 따라서, 밀폐 케이스(100)의 상면을 형성하고 있는 LCD 패널(10)을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
마찬가지로, 고온측 히트싱크(220)의 외측면, 즉 펠티어 소자(230)와 면접하는 면과 반대편에 있는 면에는 온기 배출팬(250)이 설치된다. 이 온기 배출팬(250)은 고온측 히트싱크(220)의 외측에 설치된 브라켓(251)을 통해 고온측 히트싱크(220)와 일정간격 이격되어 배치된다.
구체적으로, 브라켓(251)은 밀폐 케이스(100)의 일측면으로부터 돌출된 고온측 히트싱크(220)의 상면, 저면 및 배면을 둘러싸는 형태로, 예를 들면 'ㄷ'자 형태로 이루어져 고온측 히트싱크(220)에 결합되고, 배면 측에는 온기 배출팬(250)이 설치되는 설치 공간을 제공한다. 이때, 브라켓(251)의 배면은 고온측 히트싱크(220)의 배면과 일정간격 이격되도록 형성되어, 온기 배출팬(250)과 고온측 히트싱크(220) 사이에는 공기 유로가 형성된다.
이러한 온기 배출팬(250)과 고온측 히트싱크(220) 사이의 공기 유로 그리고 온기 배출팬(250)의 구성에 의해, 냉각 모듈(200)로부터 생성된 온기는 밀폐 케이스(100) 외부로 원활한 배출이 가능하다(도 1의 노란색 화살표 참조). 따라서, 냉각 모듈(200)의 냉기 생성이 보다 원활하게 이루어져 밀폐 케이스(100)의 상면을 형성하고 있는 LCD 패널(10)을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
바람직하게는, 저온측 히트싱크(210)와 고온측 히트싱크(220)는, 수평방향으로 연장되고 수직방향으로 서로 일정간격 이격되어 배치된 복수의 방열핀들(211, 221)을 구비한다. 이러한 방열핀들(211, 221)의 배치에 의하여, 냉각 모듈(200)의 수평방향으로의 공기 흐름이 생성됨으로써, 밀폐 케이스(100) 내부에서의 냉기 순환 및 밀폐 케이스(100) 외부에서의 온기 배출이 원활하게 이루어질 수 있다.
또한, 밀폐 케이스(100)의 내측면에는 단열재가 삽입되어, 밀폐 케이스(100) 내부의 냉기 손실을 최소화시킬 수 있다.
도 8과 9를 참조하면, 고온측 히트싱크(220)는 3D 프린터의 외부와 연통되는 덕트(300)의 내부에 수용될 수 있다. 이러한 덕트(300) 구조에 의해, 고온측 히트싱크(220)로부터 방열되는 열은 3D 프린터의 내부로 유입되어 다른 부품에 영향을 미치지 않고 3D 프린터의 외부로 바로 배출될 수 있다.
부가적으로, 본 발명에 따른 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치는 LCD 패널(10)의 온도를 측정하는 온도 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치는 온도, 센서의 측정 결과 LCD 패널(10)의 온도가 소정값이 이상인 경우, 예를 들면 26℃ 이상인 경우 펠티어 소자(230)에 전류가 인가되도록 함으로써, LCD 패널(10)을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: LCD 패널 20: LED 광원 모듈
100: 밀폐 케이스 200: 냉각 모듈
210: 저온측 히트싱크 211: 방열핀
220: 고온측 히트싱크 221: 방열핀
230: 펠티어 소자 240: 냉기 순환팬
241: 브라켓 250: 온기 배출팬
251: 브라켓 300: 덕트

Claims (10)

  1. 광원 모듈로부터 조사된 광을 LCD 패널에 투과시켜 수조 내의 광경화성 수지를 경화시킴으로써 조형물을 제작하는 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치로서,
    상기 광원 모듈과 상기 LCD 패널 사이에 배치되는 밀폐 케이스; 및
    상기 밀폐 케이스의 일측면의 중심에 설치되고, 상기 밀폐 케이스 내부의 공기를 냉각시켜 상기 LCD 패널을 냉각시키는 냉각 모듈을 포함하고,
    상기 냉각 모듈은,
    상기 밀폐 케이스의 내부에 배치되는 저온측 히트싱크;
    상기 밀폐 케이스의 외부에 배치되는 고온측 히트싱크; 및
    상기 저온측 히트싱크와 상기 고온측 히트싱크 사이에 설치되고, 전류가 인가되면 상기 저온측 히트싱크와의 접촉면이 냉각되고 상기 고온측 히트싱크와의 접촉면이 가열되는 펠티어 소자를 포함하고,
    상기 저온측 히트싱크의 상기 펠티어 소자와 면접하는 면과 반대편에 있는 면에는 냉기 순환팬이 설치되고, 상기 냉기 순환팬은 상기 저온측 히트싱크의 외측에 설치된 브라켓을 통해 상기 저온측 히트싱크와 일정간격 이격되어 배치됨으로써 상기 냉기 순환팬과 상기 저온측 히트싱크 사이에 공기 유로가 형성되고,
    상기 고온측 히트싱크의 상기 펠티어 소자와 면접하는 면과 반대편에 있는 면에는 온기 배출팬이 설치되고, 상기 온기 배출팬은 상기 고온측 히트싱크의 외측에 설치된 브라켓을 통해 상기 고온측 히트싱크와 일정간격 이격되어 배치됨으로써 상기 온기 배출팬과 상기 고온측 히트싱크 사이에 공기 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펠티어 소자는 한 쌍으로 이루어져 상기 밀폐 케이스의 일측면과 동일선상에 배치되고, 상기 저온측 히트싱크 및 상기 고온측 히트싱크와 면접하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저온측 히트싱크 및 상기 고온측 히트싱크는, 수평방향으로 연장되고 수직방향으로 서로 일정간격 이격되어 배치된 복수의 방열핀들을 구비하여, 수평방향으로의 공기 흐름이 생성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고온측 히트싱크는 3D 프린터의 외부와 연통되는 덕트의 내부에 수용되어 고온측 히트싱크로부터 방열되는 열은 3D 프린터의 내부로 유입되지 않고 3D 프린터의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밀폐 케이스의 내측면에는 단열재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광원 모듈은 상기 밀폐 케이스의 저면을 형성하고, 상기 LCD 패널은 상기 밀폐 케이스의 상면을 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 LCD 패널의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 온도 센서의 측정 결과 상기 LCD 패널의 온도가 소정값이 이상인 경우 상기 펠티어 소자에 전류가 인가되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 LCD 패널 냉각 장치.
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