KR102462862B1 - 3d 프린터 제작물용 경화 장치 및 3d 프린터 제작물의 경화 방법 - Google Patents

3d 프린터 제작물용 경화 장치 및 3d 프린터 제작물의 경화 방법 Download PDF

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Abstract

3D 프린터 제작물용 경화 장치 및 3D 프린터 제작물의 경화 방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 3D 프린터 제작물용 경화 장치는 3D 프린터 제작물이 수용되는 수용 공간을 갖고, 상기 수용 공간에 수용된 상기 3D 프린터 제작물에 대해 비진공 상태의 공기 분위기에 해당하는 제 1 조건 및 진공 상태에 해당하는 제 2 조건 각각에서 경화 공정을 수행할 수 있도록 구성된 챔버, 상기 챔버에 연결된 것으로, 상기 챔버에 진공을 형성하는 진공 펌프, 상기 챔버에 연결된 것으로, 상기 챔버에 공기를 주입하여 진공을 해제하는 공기 주입 부재, 상기 챔버의 안쪽에 설치되어 상기 3D 프린터 제작물에 상기 경화 공정을 위한 광을 조사하는 것으로, 자외선(UV)을 발생하는 적어도 하나의 제 1 발광요소 및 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광을 발생하여 상기 3D 프린터 제작물을 가열하는 적어도 하나의 제 2 발광요소를 포함하는 복수의 광원 모듈, 상기 챔버의 내부에 회전 가능하게 구비된 받침대 및 상기 받침대를 회전시키기 위한 구동 액추에이터를 포함할 수 있다.

Description

3D 프린터 제작물용 경화 장치 및 3D 프린터 제작물의 경화 방법{Curing device for 3-dimensional printer product and curing method for 3-dimensional printer product}
본 발명은 고분자 또는 수지를 경화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3D 프린터로 제작된 제작물을 경화하기 위한 경화 장치 및 경화 방법에 관한 것이다.
3D 프린터에 의해 제작된 제작물(이하, 3D 프린터 제작물)은 제작 직후 단단하게 경화된 상태가 아닌 무른 상태이기 때문에, 제작된 본래의 형태가 유지되도록 제작 후 단단하게 굳히는 강화 과정이 필요하다.
일반적으로, 3D 프린터 제작물의 강화는 경화를 통해 수행되며 자외선(UV)을 조사하는 방법이 사용된다. 그러나, 기존의 방식에 따르면, 3D 프린터 제작물의 표면부와 내부를 균일하게 잘 경화시키기가 어려운 문제가 있다. 구체적으로, 종래의 방식을 이용할 경우, 3D 프린터 제작물의 표면부가 잘 경화되지 않거나, 반대로, 3D 프린터 제작물의 내부가 잘 경화되지 않는 문제가 있다.
3D 프린터 제작물의 표면부가 잘 경화되지 않는 경우, 표면 경화를 위해서 매우 강한 자외선을 비교적 긴 시간 동안 조사할 수 있다. 그러나, 이 경우, 제작물의 표면 굴곡을 따라 과경화가 일어나 변색 또는 변형이 발생할 수 있다. 한편, 3D 프린터 제작물의 내부가 잘 경화되지 않은 경우, 자외선(UV) 경화 공정 이후에 별도의 열경화 공정을 추가적으로 수행할 수 있다. 그러나, 열경화 공정을 추가적으로 수행할 경우, 공정이 복잡하고 번거로워지는 문제가 있다. 또한, 표면부를 먼저 경화시킨 후 내부를 경화시킬 경우, 내부의 경화 과정에서 이미 경화된 표면부에 크랙 등의 결함이 발생할 수 있다.
따라서, 변색이나 변형 및 크랙 발생 등의 문제 없이, 3D 프린터 제작물의 표면부 및 내부를 균일하게 그리고 용이하게 효율적으로 잘 경화시킬 수 있는 경화 장치 및 경화 기술이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 변색이나 변형 및 크랙 발생 등의 문제 없이, 3D 프린터 제작물의 표면부 및 내부를 균일하게 그리고 용이하게 효율적으로 경화시킬 수 있는 경화 장치 및 경화 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 3D 프린터로 제작된 제작물(이하, 3D 프린터 제작물)이 수용되는 수용 공간을 갖고, 상기 수용 공간에 수용된 상기 3D 프린터 제작물에 대해 비진공 상태의 공기 분위기에 해당하는 제 1 조건 및 진공 상태에 해당하는 제 2 조건 각각에서 경화 공정을 수행할 수 있도록 구성된 챔버; 상기 챔버에 연결된 것으로, 상기 챔버에 진공을 형성하는 진공 펌프; 상기 챔버에 연결된 것으로, 상기 챔버에 공기를 주입하여 진공을 해제하는 공기 주입 부재; 상기 챔버의 안쪽에 설치되어 상기 3D 프린터 제작물에 상기 경화 공정을 위한 광을 조사하는 것으로, 자외선(UV)을 발생하는 적어도 하나의 제 1 발광요소 및 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광을 발생하여 상기 3D 프린터 제작물을 가열하는 적어도 하나의 제 2 발광요소를 포함하는 복수의 광원 모듈; 상기 챔버의 내부에 회전 가능하게 구비된 받침대; 및 상기 받침대를 회전시키기 위한 구동 액추에이터를 포함하는 3D 프린터 제작물용 경화 장치가 제공된다.
상기 3D 프린터 제작물용 경화 장치는 상기 공기 분위기에 해당하는 제 1 조건에서 상기 3D 프린터 제작물을 1차로 경화한 후, 상기 진공 상태에 해당하는 제 2 조건에서 상기 3D 프린터 제작물을 2차로 경화하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 광원 모듈은 상기 챔버의 내측면에 상호 이격하여 설치된 3개의 측면 광원 모듈 및 상기 챔버의 뚜껑부의 밑면에 설치된 1개 이상의 상면 광원 모듈을 포함할 수 있다.
상기 3개의 측면 광원 모듈 각각은 상기 챔버의 높이 방향과 평행하게 연장된 형태로 배치될 수 있고, 상기 3개의 측면 광원 모듈은 실질적으로 상호 등간격으로 배치될 수 있다.
상기 복수의 광원 모듈 각각은 복수의 상기 제 1 발광요소 및 복수의 상기 제 2 발광요소를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제 1 발광요소는 제 1 중심 파장을 갖는 제 1 자외선(UV)을 발생하는 제 1-1 발광요소 및 상기 제 1 중심 파장과 다른 제 2 중심 파장을 갖는 제 2 자외선(UV)을 발생하는 제 1-2 발광요소를 포함할 수 있다.
상기 제 2 발광요소는 가시광선 또는 적외선(IR) 대역의 광을 발생하도록 구성될 수 있다.
상기 챔버는 본체부 및 뚜껑부를 포함할 수 있고, 상기 뚜껑부는 상기 본체부의 일측에 마련된 회동축부를 중심으로 회동함으로써 상기 본체부에 대해서 측방으로 개폐 가능하도록 구성될 수 있고, 상기 복수의 광원 모듈은 상기 뚜껑부의 밑면에 설치된 상면 광원 모듈을 포함할 수 있고, 상기 상면 광원 모듈과 연결된 배선은 상기 회동축부의 내부를 통하도록 배치되어 상기 배선이 외부로 노출되지 않을 수 있다.
상기 챔버의 내측면에 상기 챔버의 높이 방향으로 연장된 복수의 삽입홈이 상호 이격하여 형성될 수 있고, 상기 복수의 삽입홈 각각에 상기 광원 모듈이 삽입되어 배치될 수 있으며, 상기 복수의 삽입홈 각각에 상기 광원 모듈과 마주하는 지지 부재가 삽입되어 배치될 수 있고, 상기 지지 부재와 결합된 것으로, 상기 지지 부재를 관통해서 상기 광원 모듈을 푸시(push)하여 고정하는 고정 부재가 구비될 수 있다.
상기 삽입홈은 저면을 정의하면서 제 1 폭을 갖는 제 1 홈부 및 상기 제 1 홈부 보다 상기 챔버의 안쪽에 위치하고 상기 제 1 폭 보다 작은 제 2 폭을 갖는 제 2 홈부를 포함하도록 구성될 수 있고, 상기 광원 모듈은 상기 제 1 홈부의 상기 저면에 접촉하도록 배치될 수 있고, 상기 지지 부재는 상기 제 1 홈부에 삽입되는 제 1 부분 및 상기 제 2 홈부에 삽입되는 제 2 부분을 포함할 수 있으며, 상기 제 1 부분은 상기 제 2 부분 보다 큰 폭을 가질 수 있고, 상기 제 1 부분의 적어도 일부는 상기 제 1 홈부와 상기 제 2 홈부 사이에 구조적으로 걸리도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 광원 모듈 중 적어도 일부는 상기 챔버의 내측면과 열적으로 접촉하도록 배치될 수 있고, 상기 챔버는 상기 복수의 광원 모듈 중 적어도 일부에 대하여 열을 방출하는 방열 부재로 작용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 3D 프린터로 제작된 제작물(이하, 3D 프린터 제작물)을 경화 장치의 챔버의 수용 공간에 인입하는 인입 단계; 상기 수용 공간에 수용된 상기 3D 프린터 제작물을 비진공 상태의 공기 분위기에 해당하는 제 1 조건에서 1차로 경화하는 1차 경화 단계; 및 상기 수용 공간에 수용된 상기 3D 프린터 제작물을 진공 상태에 해당하는 제 2 조건에서 2차로 경화하는 2차 경화 단계를 포함하고, 상기 1차 경화 단계 및 상기 2차 경화 단계 중 적어도 어느 하나는 상기 3D 프린터 제작물을 회전시키면서 상기 3D 프린터 제작물에 자외선(UV) 및 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광을 조사하여 상기 3D 프린터 제작물을 가열하면서 경화하는 단계를 포함하는 3D 프린터 제작물의 경화 방법이 제공된다.
상기 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광은 가시광선 또는 적외선(IR)을 포함할 수 있다.
상기 자외선(UV)은 제 1 중심 파장을 갖는 제 1 자외선(UV) 및 상기 제 1 중심 파장과 다른 제 2 중심 파장을 갖는 제 2 자외선(UV)을 포함할 수 있다.
상기 챔버의 안쪽에 복수의 광원 모듈이 설치될 수 있고, 상기 복수의 광원 모듈 각각은 자외선(UV)을 발생하는 적어도 하나의 제 1 발광요소 및 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광을 발생하는 적어도 하나의 제 2 발광요소를 포함하도록 구성될 수 있으며, 상기 복수의 광원 모듈을 이용해서 상기 1차 경화 단계 및 상기 2차 경화 단계를 수행할 수 있다.
상기 복수의 광원 모듈은 상기 챔버의 내측면에 상호 이격하여 설치된 3개의 측면 광원 모듈 및 상기 챔버의 뚜껑부의 밑면에 설치된 1개 이상의 상면 광원 모듈을 포함할 수 있다.
상기 제 1 발광요소는 제 1 중심 파장을 갖는 제 1 자외선(UV)을 발생하는 제 1-1 발광요소 및 상기 제 1 중심 파장과 다른 제 2 중심 파장을 갖는 제 2 자외선(UV)을 발생하는 제 1-2 발광요소를 포함할 수 있다.
상기 제 2 발광요소는 가시광선 또는 적외선(IR) 대역의 광을 발생하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 변색이나 변형 및 크랙 발생 등의 문제 없이, 3D 프린터 제작물의 표면부 및 내부를 균일하게 그리고 용이하게 효율적으로 잘 경화시킬 수 있는 경화 장치 및 경화 방법을 구현할 수 있다. 실시예들에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치 및 경화 방법을 적용하면, 우수한 물성을 갖는 잘 경화된 3D 프린터 제품을 용이하게 제조할 수 있다.
부가해서, 본 발명의 실시예들에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치에서는 연결 배선이 외부로 노출되지 않도록 설계될 수 있기 때문에, 이와 관련해서, 미관 및 사용 편의성이 향상될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치에서는 주어진 방식으로 광원 부재(광원 모듈)를 챔버의 내측에 밀착 고정함으로써, 광원 부재(광원 모듈)의 냉각(방열) 효율을 높일 수 있고, 조립 구조의 견고성을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 3D 프린터로 제작된 제작물(3D 프린터 제작물)용 경화 장치를 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치를 위에서 바라본 구조를 보여주는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6의 본체부의 구성을 보다 상세히 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 8은 도 7에서 설명한 본체부와 광원 모듈의 결합 형태를 보여주는 부분 단면도이다.
도 9는 도 6의 뚜껑부의 구성을 보다 상세히 설명하기 위한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치를 보여주는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 3D 프린터 제작물의 경화 방법을 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 설명할 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 명확하게 설명하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 단수 형태의 용어는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 언급한 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "연결"이라는 용어는 어떤 부재들이 직접적으로 연결된 것을 의미할 뿐만 아니라, 부재들 사이에 다른 부재가 더 개재되어 간접적으로 연결된 것까지 포함하는 개념이다.
아울러, 본원 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본원 명세서에서 사용되는 "약", "실질적으로" 등의 정도의 용어는 고유한 제조 및 물질 허용 오차를 감안하여, 그 수치나 정도의 범주 또는 이에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 제공된 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 영역이나 파트들의 사이즈나 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 3D 프린터로 제작된 제작물(이하, 3D 프린터 제작물)용 경화 장치를 보여주는 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치는 3D 프린터 제작물이 수용되는 수용 공간을 갖는 챔버(100)를 포함할 수 있다. 챔버(100)는 '경화 챔버'라고 할 수 있다. 상기 3D 프린터 제작물용 경화 장치는 케이스 부재(500)를 포함할 수 있고, 케이스 부재(500)에 챔버(100)가 설치될 수 있다. 케이스 부재(500)는, 예를 들어, 박스형 구조를 가질 수 있고, 챔버(100)는 그 상면부가 케이스 부재(500)의 상면측으로 노출되도록 설치될 수 있다.
상기 3D 프린터 제작물용 경화 장치는 케이스 부재(500)의 소정 영역으로 노출되도록 설치된 제어 및 표시부(600) 및 압력 게이지(700)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 및 표시부(600) 및 압력 게이지(700)는 케이스 부재(500)의 상면측으로 노출되도록 설치될 수 있으나, 경우에 따라, 그 위치는 달라질 수 있다. 아울러, 경우에 따라, 압력 게이지(700)는 제어 및 표시부(600)에 통합될 수도 있다.
또한, 상기 3D 프린터 제작물용 경화 장치는 케이스 부재(500)의 상면측에 돌출된 스토퍼(stopper)(800)를 더 포함할 수 있다. 스토퍼(800)는 챔버(100)에 인접하게 설치될 수 있다. 스토퍼(800)는 챔버(100)의 뚜껑부(도 3의 120)가 열리는 방향을 가이드하는 역할을 할 수 있다. 뚜껑부(120)를 스토퍼(800)가 있는 쪽으로 회전시켜 개방하고자 하는 경우, 뚜껑부(120)가 스토퍼(800)에 걸려 회동이 제한될 수 있다. 따라서, 챔버(100)의 뚜껑부(120)는 스토퍼(800)가 있는 쪽으로는 열리지 않을 수 있고, 그 반대 방향으로 열릴 수 있다.
또한, 상기 3D 프린터 제작물용 경화 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전원 스위치 및 연결 소켓부(900)를 더 포함할 수 있다. 전원 스위치 및 연결 소켓부(900)는, 예컨대, 케이스 부재(500)의 일측면으로 노출되도록 설치될 수 있지만, 그 위치는 다양하게 변화될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 챔버(100)는 본체부(챔버 본체부)(110) 및 뚜껑부(120)를 포함할 수 있다. 본체부(110)의 상부는 개방되고 하부는 실질적으로 막혀 있는 용기 구조를 가질 수 있다. 본체부(110)는 하단이 실질적으로 막혀 있는 원형단면의 실린더 구조를 가질 수 있다. 뚜껑부(120)는 본체부(110)의 개방된 상부를 개폐하도록 구성될 수 있다. 뚜껑부(120)는 본체부(110)의 일측에 마련된 '회동축부'를 중심으로 회동함으로써 본체부(110)에 대해서 측방으로 개폐 가능하도록 구성될 수 있다. 뚜껑부(120)와 본체부(110) 사이에는 오링(O-ring)과 같은 실링 부재가 구비될 수 있다.
챔버(100)는 그 내부의 수용 공간에 수용된 상기 3D 프린터 제작물에 대해 비진공 상태의 공기 분위기에 해당하는 제 1 조건 및 진공 상태에 해당하는 제 2 조건 각각에서 경화 공정을 수행할 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 3D 프린터 제작물용 경화 장치는 상기 공기 분위기에 해당하는 제 1 조건에서 상기 3D 프린터 제작물을 1차로 경화한 후, 상기 진공 상태에 해당하는 제 2 조건에서 상기 3D 프린터 제작물을 2차로 경화하도록 구성될 수 있다. 상기 공기 분위기에서 챔버(100)의 압력은 대기압 (1 atm = 101.325 kPa = 760 mmHg)이거나 그와 유사할 수 있다. 상기 진공 상태에서 챔버(100)의 진공도는, 예를 들어, 약 -10 kPa 내지 -100 kPa 정도의 범위일 수 있다. 상기 진공 상태에서 챔버(100)의 진공도가 너무 높으면 3D 프린터 제작물이 변형될 수 있고, 진공도가 너무 낮으면 진공 상태에서의 경화 공정의 효과가 떨어질 수 있다. 따라서, 상기 진공 상태에서 챔버(100)의 진공도는 약 -10 kPa 내지 -100 kPa 정도인 것이 바람직할 수 있다. 또한, 상기 3D 프린터 제작물의 수지 종류에 따라서 적절한 진공도가 달라질 수 있다.
상기 공기 분위기에 해당하는 제 1 조건에서 상기 3D 프린터 제작물을 1차로 경화하는 과정에서, 상기 3D 프린터 제작물의 내부 경화가 효과적으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 진공 상태에 해당하는 제 2 조건에서 상기 3D 프린터 제작물을 2차로 경화하는 과정에서, 상기 3D 프린터 제작물의 표면부 경화가 효과적으로 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 3D 프린터 제작물의 내부 및 표면부를 비교적 균일하게 경화시킬 수 있다.
만약 3D 프린터 제작물을 공기 분위기 중에서만 경화하는 경우, 산소에 의한 경화 장애에 의해 상기 3D 프린터 제작물의 표면부는 잘 경화되지 않을 수 있다. 이때, 표면부를 경화시키기 위해 강한 자외선을 비교적 긴 시간 동안 조사할 경우, 제작물의 표면 굴곡을 따라 과경화가 일어나 변색 또는 변형이 발생할 수 있다.
만약 3D 프린터 제작물을 진공 분위기 중에서만 경화시킬 경우, 3D 프린터 제작물의 내부가 잘 경화되지 않을 수 있다. 이 경우, 자외선 경화 공정 이후에 별도의 열경화 공정을 추가적으로 수행할 수 있다. 그러나, 열경화 공정을 추가적으로 수행할 경우, 공정이 복잡하고 번거로워지는 문제가 있다. 또한, 표면부를 먼저 경화시킨 후 내부를 경화시킬 경우, 내부의 경화 과정에서 이미 경화된 표면부에 크랙 등의 결함이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공기 분위기에 해당하는 제 1 조건에서 상기 3D 프린터 제작물을 1차로 경화한 후, 진공 상태에 해당하는 제 2 조건에서 상기 3D 프린터 제작물을 2차로 경화함으로써, 상기 3D 프린터 제작물의 내부 및 표면부를 순차적으로 그리고 안정적으로 경화시킬 수 있다. 상기 제 1 조건에서 상기 3D 프린터 제작물의 내부를 먼저 경화시키고, 상기 제 2 조건에서 상기 3D 프린터 제작물의 표면부를 경화함으로써, 변색이나 변형 및 크랙 발생 등의 문제 없이, 3D 프린터 제작물의 내부 및 표면부를 균일하게 잘 경화시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치를 위에서 바라본 구조를 보여주는 평면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치는 케이스 부재(500)의 내부에 구비된 진공 펌프(200) 및 공기 주입 부재(300)를 포함할 수 있다. 진공 펌프(200)는 챔버(100)에 연결될 수 있고, 챔버(100)에 진공을 형성하는 용도로 사용될 수 있다. 공기 주입 부재(300)는 챔버(100)에 연결될 수 있고, 챔버(100)에 공기를 주입하여 진공을 해제하는 역할을 할 수 있다. 공기 주입 부재(300)는 일종의 퍼지 밸브를 포함할 수 있다. 진공 펌프(200) 및 공기 주입 부재(300)를 적절히 사용함으로써, 챔버(100)에 공기 분위기에 해당하는 제 1 조건(공정 환경)을 형성하거나, 진공 분위기(진공 상태)에 해당하는 제 2 조건(공정 환경)을 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치를 보여주는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치는 케이스 부재(500), 챔버(100), 진공 펌프(200), 제어 및 표시부(600), 압력 게이지(700), 스토퍼(800), 전원 스위치 및 연결 소켓부(900) 등을 포함할 수 있다. 챔버(100)는 본체부(110) 및 뚜껑부(120)를 포함할 수 있다.
상기 3D 프린터 제작물용 경화 장치는 챔버(100)의 안쪽에 설치된 복수의 광원 모듈(L10)을 포함할 수 있다. 복수의 광원 모듈(L10)은 상기 수용 공간에 수용된 3D 프린터 제작물(10)에 경화 공정을 위한 광을 조사하는 역할을 할 수 있다. 복수의 광원 모듈(L10)은 자외선(UV)을 발생하는 적어도 하나의 제 1 발광요소 및 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광을 발생하는 적어도 하나의 제 2 발광요소를 포함할 수 있다. 상기 제 1 발광요소는 UV LED(light emitting diode) 요소일 수 있다. 상기 제 2 발광요소는 가시광선 LED 요소 또는 적외선(IR) LED 요소일 수 있다. 상기 자외선(UV)은 3D 프린터 제작물(10)을 UV 경화(즉, 광경화)시키는 용도로 적용될 수 있다. 상기 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광(ex, 가시광선 또는 적외선)은 3D 프린터 제작물(10)을 가열하여 경화(즉, 열경화)시키는 용도로 적용될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 발광요소는 '가열용 발광요소'라고 할 수 있다.
복수의 광원 모듈(L10) 각각은 복수의 상기 제 1 발광요소 및 복수의 상기 제 2 발광요소를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 발광요소는 제 1 중심 파장을 갖는 제 1 자외선(UV)을 발생하는 제 1-1 발광요소 및 상기 제 1 중심 파장과 다른 제 2 중심 파장을 갖는 제 2 자외선(UV)을 발생하는 제 1-2 발광요소를 포함할 수 있다. 상기 제 2 발광요소는 가시광선 또는 적외선(IR) 대역의 광을 발생하도록 구성될 수 있다. 구체적인 예로, 각각의 광원 모듈(L10)은 복수의 제 1-1 발광요소, 복수의 제 1-2 발광요소 및 복수의 제 2 발광요소를 포함할 수 있다. 상기 제 1-1 발광요소는 약 385∼405 nm 정도(ex, 395 nm)의 중심 파장을 갖는 제 1 자외선(UV)을 발생하도록 구성될 수 있다. 상기 제 1-2 발광요소는 약 355∼375 nm 정도(ex, 365 nm)의 중심 파장을 갖는 제 2 자외선(UV)을 발생하도록 구성될 수 있다. 상기 제 2 발광요소는, 예컨대, 약 440∼460 nm 정도(ex, 450 nm)의 중심 파장을 갖는 가시광선을 발생하도록 구성될 수 있다. 중심 파장이 서로 다른 자외선(상기 제 1 및 제 2 자외선)을 발생시키는 복수의 발광요소(상기 제 1-1 및 제 1-2 발광요소)를 사용함으로써, 경화 특성 및 경화 효율을 개선할 수 있다. 또한, 상기 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광(ex, 가시광선 또는 적외선)을 발생하는 발광요소(상기 제 2 발광요소)를 사용함으로써, 열경화에 따른 경화 특성 향상 효과를 얻을 수 있다.
복수의 광원 모듈(L10)은 챔버(100)의 내측면에 상호 이격하여 설치된 복수의 측면 광원 모듈(L10a) 및 뚜껑부(120)의 밑면에 설치된 1개 이상의 상면 광원 모듈(L10b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 3개의 측면 광원 모듈(L10a)이 본체부(110)의 내측면에 상호 이격하여 배치될 수 있고, 1개 이상의 상면 광원 모듈(L10b)이 뚜껑부(120)의 밑면의 중앙부에 배치될 수 있다. 상기 3개의 측면 광원 모듈(L10a) 각각은 챔버(100)의 높이 방향과 평행하게 연장된 형태로 배치될 수 있고, 상기 3개의 측면 광원 모듈(L10a)은 실질적으로 상호 등간격으로 배치될 수 있다. 상기 3개의 측면 광원 모듈(L10a)은 챔버(100)의 중심에 대하여 인접한 2개의 측면 광원 모듈(L10a)이 120°의 내각을 이루도록 배치될 수 있다. 측면 광원 모듈(L10a) 각각은 약 60° 정도의 지향각(광조사각)을 가질 수 있고, 원을 3등분한 세 곳에 측면 광원 모듈(L10a)을 설치하도록 하여 서로 간섭을 줄이고 광 공간 분포 균일성을 확보할 수 있다.
상기 3D 프린터 제작물용 경화 장치는 챔버(100)의 내부에 회전 가능하게 구비된 받침대(150) 및 받침대(150)를 회전시키기 위한 구동 액추에이터(400)를 더 포함할 수 있다. 받침대(150) 상에 3D 프린터 제작물(10)이 놓여질 수 있다. 구동 액추에이터(400)를 이용해서 받침대(150)를 회전시킴으로써 3D 프린터 제작물(10)을 회전시킬 수 있고, 3D 프린터 제작물(10)을 회전시키면서 3D 프린터 제작물(10)에 광을 조사하여 경화 공정을 진행할 수 있다.
받침대(150)는 일례로 원판 형태를 가질 수 있고, 3D 프린터 제작물(10)이 놓여진 상태에서 안정적으로 회전될 수 있도록 받침대(150)가 소정의 베어링(160)으로 서포트될 수 있다. 즉, 본체부(110)의 내측 바닥판과 받침대(150) 사이에 베어링(160)이 배치될 수 있다. 베어링(160)은, 예를 들어, 스러스트(thrust) 베어링일 수 있다.
받침대(150)와 구동 액추에이터(400)는 구동축(410)에 의해 연결될 수 있다. 받침대(150)가 구동축(410)에 결합되어 구동축(410)과 함께 회전할 수 있다. 본체부(110)의 바닥에는 관통홀이 형성될 수 있고, 구동축(410)이 상기 관통홀을 통과하여 받침대(150)에 결합될 수 있다. 또한, 구동축(410)과 상기 관통홀의 틈새는 실링 부재(170)로 밀폐되어 챔버(100)의 기밀이 유지되면서 동시에 구동 액추에이터(400)의 구동축(410)이 원활하게 회전 가능하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 실링 부재(170)는, 예를 들어, 리테이너(retainer) 등으로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 자외선(UV)을 발생하는 적어도 하나의 제 1 발광요소 및 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광(ex, 가시광선 또는 적외선)을 발생하는 적어도 하나의 제 2 발광요소(가열용 발광요소)를 포함하는 광원 모듈(L10)을 사용함으로써, UV 경화 및 열경화를 동시에 진행할 수 있고, 이를 통해서, 경화 특성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. UV 경화 및 열경화를 동시에 진행함으로써, 별도의 열처리 과정을 수행하는 번거로움 없이, 효율적으로 경화 공정을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 3D 프린터 제작물(10)의 내부 및 표면부가 균일하게 더욱 잘 경화될 수 있다. 특히, 복수의 광원 모듈(L10)을 챔버(100)의 내측면 및 상면에 적절히 배치함으로써, 경화 특성 및 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 광원 모듈(L10)의 상기 제 1 발광요소가 제 1 자외선을 발생하는 제 1-1 발광요소 및 제 2 자외선을 발생하는 제 1-2 발광요소를 포함할 경우, 경화 효율이 더욱 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공기 분위기에 해당하는 제 1 조건에서 자외선(UV)을 발생하는 적어도 하나의 제 1 발광요소 및 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광을 발생하는 적어도 하나의 제 2 발광요소(가열용 발광요소)를 모두 이용해서, UV 경화 및 열경화를 진행할 수 있다. 또한, 진공 상태에 해당하는 제 2 조건에서도 자외선(UV)을 발생하는 적어도 하나의 제 1 발광요소 및 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광을 발생하는 적어도 하나의 제 2 발광요소(가열용 발광요소)를 모두 이용해서, UV 경화 및 열경화를 진행할 수 있다.
진공 상태에서 가시광선/적외선을 사용한 물체의 가열은 더욱 효과적일 수 있다. 열의 전달 방법은 전도(conduction), 대류(convection), 복사(radiation)에 의한 방법으로 분류할 수 있는데, 진공 중에서의 물체의 가열은 다음과 같은 이유로 더욱 효율적일 수 있다. 첫째로, 진공 중에서 물체를 가열하면 공기가 없기에 대류에 의한 열손실이 없어 시료에 흡수된 빛에너지가 열로 바뀐 상태에서 대류에 의한 열의 방출은 없기에, 보다 더 잘 가열될 수 있다. 둘째로, 복사에 의한 열전달은 가열된 물체가 그 온도의 사제곱(T4)에 해당하는 에너지를 방출하는 것으로, 일반적으로 적외선 형태로 방출된다. 예를 들어, 알루미늄으로 이루어진 챔버 내에서 3D 프린터 제작물에서 나온 적외선은 챔버 내부 벽에서 반사므로 복사에 의한 열방출은 쉽지 않을 수 있다. 셋째로, 전도에 의한 열방출은 3D 프린터 제작물의 밑면 부근에서만 부분적으로 이루어 질 수 있다. 3D 프린터 제작물이 수지로 구성되어 있기에, 3D 프린터 제작물 전체의 열이 수지 밑면을 통해 전달되기는 어려울 수 있다. 결론적으로, 진공 중에서 가시광원이나 적외선 광원으로 3D 프린터 제작물을 가열하는 경우, 공기 중에서 가열하는 것보다 효율적으로 3D 프린터 제작물을 가열할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 광원 모듈(L10)을 챔버(100)의 내측면 및 상면에 적절히 배치함으로써, 경화 특성 및 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 경화 공정 시에 3D 프린터 제작물(10)은 챔버(100)의 바닥에 인접한 받침대(150) 상에 놓여질 수 있고, 이것을 효과적으로 경화시키기 위해서는, 광원(즉, 광원 모듈)(L10)이 윗면과 옆면에 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 윗면에 있는 광원 모듈(L10b)과 달리 옆면에 있는 광원 모듈(복수)(L10a)의 경우, 서로 마주보게 되면 각각의 광원 모듈(L10a)이 서로의 광에 영향을 줄 수 있기 때문에, 이러한 영향이 적도록 측면 광원 모듈들(L10a)을 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 측면 광원 모듈(L10a) 각각의 지향각(광조사각)은 약 60° 정도일 수 있으므로, 원을 3등분한 세 곳에 측면 광원 모듈(L10a)을 설치하도록 하여, 서로 간섭을 줄이고 광 공간 분포 균일성을 확보할 수 있다.
부가적으로, 본 발명의 실시예에 적용되는 3D 프린터 제작물(10)을 제작하기 위한 원료는 적어도 UV에 의해 경화될 수 있는 UV 경화 잉크일 수 있으며, UV 경화 잉크는 감광성 수지의 일종으로서 일례로 광중합형 수지일 수 있다. 여기서, 상기 광중합형 수지인 상기 UV 경화 잉크는 수지의 주요 구성물인 올리고머(oligomer), 점도 조정용 모노머(monomer) 및 광개시제(photoinitiator) 등으로 구성될 수 있다. 올리고머는 수지의 종류 및 광중합 개시에 따라, 불포화 폴리에스터/스티렌(자유 래디칼 개시), 폴리올/싸이올(자유 래디칼 개시), 아크릴레이트/메타아크릴레이트(자유 래디칼 개시), 싸이클로 알리파틱 에폭사이드/폴리올/비닐에테르(양이온 개시) 등으로 구분될 수 있다. 광개시제는 자외선 광을 흡수하여 여기 상태(excitation state)가 되어 자유 래디칼(radical) 또는 양이온(cation)을 만들어 수지의 중합이 일어나게 할 수 있다. 3D 프린터 제작물(10)은 적어도 자외선에 의해 경화될 수 있는 재료인 3D 프린터용 UV 경화 잉크를 분사하여 적층함으로써 3차원 형태로 제작될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서 제어 및 표시부(600)는 이에 연결된 부품들의 작동을 제어하는 역할 및 관련된 정보를 표시하는 역할을 할 수 있다. 제어 및 표시부(600)에는 광원 모듈(L10)의 작동 시간, 광원 모듈(L10)의 전원 레벨, 챔버(100)의 진공 유지 시간 등이 표시될 수 있고, 제어 및 표시부(600)의 제어 버튼으로는 광원 모듈(L10)의 온/오프 버튼, 진공 펌프(200)의 동작 제어 버튼, 정지 버튼 등이 포함될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치의 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 도 1 내지 도 5에서 설명한 바와 같은 챔버(100), 케이스 부재(500), 제어 및 표시부(600), 압력 게이지(700), 스토퍼(800) 등이 구비될 수 있다. 챔버(100)는 본체부(110) 및 뚜껑부(120)를 포함할 수 있다. 뚜껑부(120)는 본체부(110)의 일측에 마련된 회동축부(115)를 중심으로 회동함으로써 본체부(110)에 대해서 측방으로(옆으로) 개폐 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 뚜껑부(120)의 밑면에 설치된 상기 상면 광원 모듈(도 5의 L10b)과 연결된 배선(미도시)은 회동축부(115)의 내부를 통하도록 배치될 수 있다. 따라서, 상기 배선은 외부로 노출되지 않을 수 있다. 상기 배선이 외부로 노출되지 않으므로, 상기 3D 프린터 제작물용 경화 장치의 미관 및 사용 편의성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 배선이 외부로 노출됨에 따른 문제 발생의 소지를 원천적으로 방지할 수 있고, 반복 사용에 따른 결손 파손 등의 문제도 방지할 수 있다.
도 7은 도 6의 본체부(110)의 구성을 보다 상세히 설명하기 위한 분해 사시도이다. 편의상, 도 7에서는 도 6에서 설명한 회동축부(115)를 미도시하였다.
도 7을 참조하면, 챔버의 본체부(110)는 상부가 개방된 원형의 실린더 형태를 가질 수 있다. 본체부(110)는, 예를 들어, 알루미늄(Al)과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 따라서, 일례에 따르면, 본체부(110)는 Al 실린더라고 할 수 있다. 상기 Al 실린더의 첫번째 용도는 진공 챔버용이다. Al 금속은 가벼운 금속으로 수 기압 정도의 압력을 견딜 수 있다. 따라서, 상기 Al 실린더는 소형의 저진공용으로 적합할 수 있다. 상기 Al 실린더의 두번째 용도는 광 반사판용이다. Al은 다른 금속에 비하여 UV 등의 광에 대해 매우 높은 반사율을 갖기 때문에, Al 실린더를 적용함으로써 경화를 위한 광학적 효율을 높일 수 있다. 상기 Al 실린더의 세번째 용도는 열 방출용이다. Al 금속은 열전도도가 약 ∼200 W/m·K 정도로 높기 때문에, 광원 모듈(L10)에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하는 역할을 할 수 있다. 그러나, 경우에 따라, 본체부(110)의 재질은 달라질 수도 있다.
상기 챔버의 내측면, 즉, 본체부(110)의 내측면에 상기 챔버의 높이 방향으로 연장된 복수의 삽입홈(G10)이 상호 이격하여 형성될 수 있고, 복수의 삽입홈(G10) 각각에 광원 모듈(L10)이 삽입되어 배치될 수 있다. 광원 모듈(L10)은 일종의 바(bar) 구조를 가질 수 있다. 본체부(110)의 내주면에 복수의 돌출부(P10)가 마련될 수 있고, 복수의 돌출부(P10)는 평탄한 외측면을 가질 수 있다. 복수의 돌출부(P10) 각각에 삽입홈(G10)이 형성될 수 있다. 복수의 삽입홈(G10)을 포함한 본체부(110)는 압출 성형 방식으로 형성된 것일 수 있다. 등간격으로 상호 이격된 3개의 돌출부(P10)가 마련될 수 있고, 따라서, 등간격으로 상호 이격된 3개의 삽입홈(G10)이 마련될 수 있다.
복수의 삽입홈(G10) 각각에 광원 모듈(L10)과 마주하는 지지 부재(S10)가 삽입되어 배치될 수 있다. 또한, 지지 부재(S10)와 결합된 것으로, 지지 부재(S10)를 관통해서 광원 모듈(L10)을 푸시(push)하여 고정하는 고정 부재(F10)가 더 구비될 수 있다. 고정 부재(F10)는 일종의 나사 또는 볼트 구조를 가질 수 있다. 하나의 광원 모듈(L10)에 대하여 복수의 지지 부재(S10) 및 복수의 고정 부재(F10)가 배치될 수 있다. 복수의 지지 부재(S10) 사이에서 광원 모듈(L10)의 발광요소들이 노출되어 광을 조사할 수 있다.
도 8은 도 7에서 설명한 본체부(110)와 광원 모듈(L10)의 결합 형태를 보여주는 부분 단면도이다.
도 8을 참조하면, 삽입홈(G10)은 저면을 정의하면서 제 1 폭을 갖는 제 1 홈부(G1a) 및 상기 제 1 홈부(G1a) 보다 상기 챔버의 안쪽에 위치하고 상기 제 1 폭 보다 작은 제 2 폭을 갖는 제 2 홈부(G1b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제 1 홈부(G1a)와 제 2 홈부(G1b)는 상호 연통되도록 배치될 수 있다. 제 1 홈부(G1a)의 측면 중앙부에 제 2 홈부(G1b)가 연결되어 형성된 것으로 볼 수 있다. 따라서, 제 1 홈부(G1a)는 제 2 홈부(G1b)에 대하여 양측으로 확장된 구조를 가질 수 있다.
광원 모듈(L10)은 제 1 홈부(G1a)의 상기 저면에 접촉하도록 배치될 수 있다. 지지 부재(S10)는 제 1 홈부(G1a)에 삽입되는 제 1 부분(S1a) 및 제 2 홈부(G1b)에 삽입되는 제 2 부분(G1b)을 포함할 수 있고, 여기서, 제 1 부분(S1a)은 제 2 부분(G1b) 보다 큰 폭을 가질 수 있다. 지지 부재(S10)는 제 1 부분(S1a)의 적어도 일부가 제 1 홈부(G1a)와 제 2 홈부(G1b) 사이에 구조적으로 걸리도록 배치될 수 있다. 이 상태에서, 고정 부재(F10)는 지지 부재(S10)를 관통해서 광원 모듈(L10)을 푸시(push)하여 고정하도록 배치될 수 있다. 이때, 광원 모듈(L10)의 PCB(printed circuit board) 기판부가 고정 부재(F10)에 의해 눌려져서 고정될 수 있다. 고정 부재(F10)는 일종의 나사 또는 볼트 구조를 가질 수 있다. 지지 부재(S10)의 중앙부를 관통하는 홀이 마련될 수 있고, 상기 홀을 관통하도록 고정 부재(F10)가 삽입될 수 있다. 고정 부재(F10)의 외주면에 나사산이 형성될 수 있고, 상기 홀의 내주면에는 나사산 영역이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본체부(110)에 나사홀 등을 가공하지 않으면서도, 지지 부재(S10) 및 고정 부재(F10)를 이용한 푸시 방식으로 광원 모듈(L10)을 용이하게 고정할 수 있고, 광원 모듈(L10)을 본체부(110)의 내측면에 밀착시킬 수 있다. 따라서, 상기한 복수의 광원 모듈(L10) 중 적어도 일부는 상기 챔버의 내측면과 열적으로 접촉하도록 배치될 수 있고, 상기 챔버는 상기 복수의 광원 모듈(L10) 중 적어도 일부에 대하여 열을 방출하는 방열 부재로 작용할 수 있다. 광원 모듈(L10)을 본체부(110)의 내부에 부착/밀착시킴으로써, 별도의 방열 기구(Al 방열판이나 냉각팬) 없이, 본체부(110)(예컨대, Al 실린더)를 통한 효과적인 전도 냉각 및 방열 효과를 얻을 수 있다.
실린더 형태의 본체부(110) 내부에 광원 모듈(L10)을 장착하기 위해서는, 본체부(110) 내부에 볼트용 탭(나사홀)이 가공될 필요가 있다. 그러나, 본체부(110)의 내부는 비교적 좁은 공간으로, 볼트용 탭을 가공하기 위한 머신(machine)이 접근하기가 어려울 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 본체부(110)에 볼트용 탭 등을 가공하지 않으면서도, 지지 부재(S10) 및 고정 부재(F10)를 이용한 푸시 방식으로 광원 모듈(L10)을 용이하게 고정할 수 있고, 광원 모듈(L10)을 본체부(110)의 내측면에 밀착시킬 수 있다.
도 9는 도 6의 뚜껑부(120)의 구성을 보다 상세히 설명하기 위한 사시도이다. 도 9는 뚜껑부(120)의 밑면(하면)의 구조를 예시적으로 보여준다.
도 9를 참조하면, 뚜껑부(120)는, 예를 들어, 알루미늄(Al)과 같은 금속으로 형성된 것일 수 있다. 뚜껑부(120)의 하면에 소정의 안착홈(H10)이 형성될 수 있고, 안착홈(H10) 내에 적어도 하나의 광원 모듈(L10)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 3개의 광원 모듈(L10)이 배치될 수 있다. 여기서, 광원 모듈(L10)은 상면 광원 모듈(L10b)이라고 할 수 있다. 광원 모듈(L10)은 일종의 바(bar) 구조를 가질 수 있다.
뚜껑부(120)의 일단부에는 그로부터 돌출된 형태의 연장 기둥부(125)가 마련될 수 있다. 연장 기둥부(125)는 도 6에서 설명한 회동축부(115)에 삽입되어 배치될 수 있다. 연장 기둥부(125)는 일종의 회전축이라고 지칭할 수 있다. 연장 기둥부(125)는 중공홀을 가질 수 있다. 연장 기둥부(125)의 길이는 다양하게 조절될 수 있다.
적어도 하나의 상면 광원 모듈(L10b)에 연결된 배선(미도시)은 연장 기둥부(125)의 상기 중공홀을 통하도록 배치될 수 있고, 도 6에서 설명한 회동축부(115)의 내부로 삽입될 수 있다. 안착홈(H10)의 일측면에 인입홀(120T)이 형성될 수 있고, 인입홀(120T)은 상기 중공홀로 연결될 수 있다. 상기 배선은 인입홀(120T)을 통해 상기 중공홀로 인입될 수 있으며, 도 6의 회동축부(115)의 내부로 삽입될 수 있다. 따라서, 상기 배선은 경화 장치의 외부로 노출되지 않을 수 있다. 상기 배선이 외부로 노출되지 않으므로, 상기 3D 프린터 제작물용 경화 장치의 미관 및 사용 편의성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 배선이 외부로 노출됨에 따른 문제 발생의 소지를 원천적으로 방지할 수 있고, 반복 사용에 따른 결손 파손 등의 문제도 방지할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치를 보여주는 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예의 경우, 구동 액추에이터(400)는 챔버(100')의 본체부(110') 내부에 배치될 수 있다. 본체부(110')는 그 내측면에 구비된 확장부(117)를 포함할 수 있다. 확장부(117)는, 예를 들어, 환형의 판상 구조를 가질 수 있다. 확장부(117) 상에 받침대(150)가 배치될 수 있고, 확장부(117)와 받침대(150) 사이에 베어링(160)이 구비될 수 있다.
받침대(150) 아래에 본체부(110')의 내측 바닥면 상에 구동 액추에이터(400)가 배치될 수 있다. 구동 액추에이터(400)와 받침대(150)는 구동축(410)으로 연결될 수 있다. 구동 액추에이터(400)에 의해 받침대(150)가 회전할 수 있고, 받침대(150) 상에 배치된 3D 프린터 제작물(10)이 회전할 수 있다. 한편, 구동 액추에이터(400)에 공급되는 전원은 진공 커넥터 등에 의해 챔버(100')의 외부에서 공급되도록 구성될 수 있다.
도 10에서 챔버(100')의 일부 구성을 제외한 나머지 구성은 도 5 등에서 설명한 바와 동일하거나 유사할 수 있으므로, 이들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 3D 프린터 제작물의 경화 방법을 보여주는 순서도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 제작물의 경화 방법은 3D 프린터 제작물을 경화 장치의 챔버의 수용 공간에 인입하는 인입 단계(S100), 상기 수용 공간에 수용된 상기 3D 프린터 제작물을 비진공 상태의 공기 분위기에 해당하는 제 1 조건에서 1차로 경화하는 1차 경화 단계(S200) 및 상기 수용 공간에 수용된 상기 3D 프린터 제작물을 진공 상태에 해당하는 제 2 조건에서 2차로 경화하는 2차 경화 단계(S300)를 포함할 수 있다. 상기 1차 경화 단계(S200) 및 상기 2차 경화 단계(S300) 중 적어도 어느 하나는 상기 3D 프린터 제작물을 회전시키면서 상기 3D 프린터 제작물에 자외선(UV) 및 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광을 조사하여 상기 3D 프린터 제작물을 가열하면서 경화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광은 가시광선 또는 적외선(IR)을 포함할 수 있다. 상기 자외선(UV)은 제 1 중심 파장을 갖는 제 1 자외선(UV) 및 상기 제 1 중심 파장과 다른 제 2 중심 파장을 갖는 제 2 자외선(UV)을 포함할 수 있다.
상기 챔버의 안쪽에 복수의 광원 모듈이 설치될 수 있고, 상기 복수의 광원 모듈 각각은 자외선(UV)을 발생하는 적어도 하나의 제 1 발광요소 및 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광을 발생하는 적어도 하나의 제 2 발광요소를 포함하도록 구성될 수 있으며, 상기 복수의 광원 모듈을 이용해서 상기 1차 경화 단계 및 상기 2차 경화 단계를 수행할 수 있다.
상기 제 1 발광요소는 제 1 중심 파장을 갖는 제 1 자외선(UV)을 발생하는 제 1-1 발광요소 및 상기 제 1 중심 파장과 다른 제 2 중심 파장을 갖는 제 2 자외선(UV)을 발생하는 제 1-2 발광요소를 포함할 수 있다. 상기 제 2 발광요소는 가시광선 또는 적외선(IR) 대역의 광을 발생하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 광원 모듈은 상기 챔버의 내측면에 상호 이격하여 설치된 3개의 측면 광원 모듈 및 상기 챔버의 뚜껑부의 밑면에 설치된 1개 이상의 상면 광원 모듈을 포함할 수 있다.
도 11을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 제작물의 경화 방법에는 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 실시예에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치 및 관련 내용이 모두 적용될 수 있다. 상기 3D 프린터 제작물의 경화 방법의 구체적인 특징들은 도 1 내지 도 10 및 관련 설명으로부터 참조될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 변색이나 변형 및 크랙 발생 등의 문제 없이, 3D 프린터 제작물의 표면부 및 내부를 균일하게 그리고 용이하게 효율적으로 잘 경화시킬 수 있는 경화 장치 및 경화 방법을 구현할 수 있다. 실시예들에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치 및 경화 방법을 적용하면, 우수한 물성을 갖는 잘 경화된 3D 프린터 제품을 용이하게 제조할 수 있다. 부가해서, 본 발명의 실시예들에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치에서는 연결 배선이 외부로 노출되지 않도록 설계될 수 있기 때문에, 이와 관련해서, 미관 및 사용 편의성이 향상될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치에서는 주어진 방식으로 광원 부재(광원 모듈)를 챔버의 내측에 밀착 고정함으로써, 광원 부재(광원 모듈)의 냉각(방열) 효율을 높일 수 있고, 조립 구조의 견고성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 예들 들어, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한 실시예들에 따른 3D 프린터 제작물용 경화 장치 및 3D 프린터 제작물의 경화 방법은 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
10 : 3D 프린터 제작물 100, 100' : 챔버
110, 110' : 본체부 115 : 회동축부
117 : 확장부 120 : 뚜껑부
125 : 연장 기둥부 160 : 베어링
170 : 실링 부재 200 : 진공 펌프
300 : 공기 주입 부재 400 : 구동 액추에이터
410 : 구동축 500 : 케이스 부재
600 : 제어 및 표시부 700 : 압력 게이지
800 : 스토퍼 900 : 전원 스위치 및 연결 소켓부
L10 : 광원 모듈 L10a : 측면 광원 모듈
L10b : 상면 광원 모듈 P10 : 돌출부
G10 : 삽입홈 S10 : 지지 부재
F10 : 고정 부재 H10 : 안착홈

Claims (18)

  1. 3D 프린터로 제작된 제작물(이하, 3D 프린터 제작물)이 수용되는 수용 공간을 갖고, 상기 수용 공간에 수용된 상기 3D 프린터 제작물에 대해 비진공 상태의 공기 분위기에 해당하는 제 1 조건 및 진공 상태에 해당하는 제 2 조건 각각에서 경화 공정을 수행할 수 있도록 구성된 챔버;
    상기 챔버에 연결된 것으로, 상기 챔버에 진공을 형성하는 진공 펌프;
    상기 챔버에 연결된 것으로, 상기 챔버에 공기를 주입하여 진공을 해제하는 공기 주입 부재;
    상기 챔버의 안쪽에 설치되어 상기 3D 프린터 제작물에 상기 경화 공정을 위한 광을 조사하는 것으로서, 자외선(UV)을 발생하는 적어도 하나의 제 1 발광요소 및 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광을 발생하여 상기 3D 프린터 제작물을 가열하는 적어도 하나의 제 2 발광요소를 포함하는 복수의 광원 모듈;
    상기 챔버의 내부에 회전 가능하게 구비된 받침대; 및
    상기 받침대를 회전시키기 위한 구동 액추에이터를 포함하고,
    상기 3D 프린터 제작물용 경화 장치는 상기 공기 분위기에 해당하는 제 1 조건에서 상기 3D 프린터 제작물을 1차로 경화한 후, 상기 진공 상태에 해당하는 제 2 조건에서 상기 3D 프린터 제작물을 2차로 경화하도록 구성되고,
    상기 제 2 발광요소는 상기 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광으로서 가시광선을 발생하도록 구성되고, 상기 가시광선으로 상기 3D 프린터 제작물을 열경화하도록 구성된 3D 프린터 제작물용 경화 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광원 모듈은 상기 챔버의 내측면에 상호 이격하여 설치된 3개의 측면 광원 모듈 및 상기 챔버의 뚜껑부의 밑면에 설치된 1개 이상의 상면 광원 모듈을 포함하는 3D 프린터 제작물용 경화 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 3개의 측면 광원 모듈 각각은 상기 챔버의 높이 방향과 평행하게 연장된 형태로 배치되고, 상기 3개의 측면 광원 모듈은 실질적으로 상호 등간격으로 배치된 3D 프린터 제작물용 경화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광원 모듈 각각은 복수의 상기 제 1 발광요소 및 복수의 상기 제 2 발광요소를 포함하도록 구성된 3D 프린터 제작물용 경화 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 발광요소는 제 1 중심 파장을 갖는 제 1 자외선(UV)을 발생하는 제 1-1 발광요소 및 상기 제 1 중심 파장과 다른 제 2 중심 파장을 갖는 제 2 자외선(UV)을 발생하는 제 1-2 발광요소를 포함하는 3D 프린터 제작물용 경화 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 본체부 및 뚜껑부를 포함하고, 상기 뚜껑부는 상기 본체부의 일측에 마련된 회동축부를 중심으로 회동함으로써 상기 본체부에 대해서 측방으로 개폐 가능하도록 구성되고,
    상기 복수의 광원 모듈은 상기 뚜껑부의 밑면에 설치된 상면 광원 모듈을 포함하고, 상기 상면 광원 모듈과 연결된 배선은 상기 회동축부의 내부를 통하도록 배치되어 상기 배선이 외부로 미노출되도록 구성된 3D 프린터 제작물용 경화 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버의 내측면에 상기 챔버의 높이 방향으로 연장된 복수의 삽입홈이 상호 이격하여 형성되고,
    상기 복수의 삽입홈 각각에 상기 광원 모듈이 삽입되어 배치되며,
    상기 복수의 삽입홈 각각에 상기 광원 모듈과 마주하는 지지 부재가 삽입되어 배치되고,
    상기 지지 부재와 결합된 것으로, 상기 지지 부재를 관통해서 상기 광원 모듈을 푸시(push)하여 고정하는 고정 부재가 구비된 3D 프린터 제작물용 경화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 삽입홈은 저면을 정의하면서 제 1 폭을 갖는 제 1 홈부 및 상기 제 1 홈부 보다 상기 챔버의 안쪽에 위치하고 상기 제 1 폭 보다 작은 제 2 폭을 갖는 제 2 홈부를 포함하도록 구성되고,
    상기 광원 모듈은 상기 제 1 홈부의 상기 저면에 접촉하도록 배치되고,
    상기 지지 부재는 상기 제 1 홈부에 삽입되는 제 1 부분 및 상기 제 2 홈부에 삽입되는 제 2 부분을 포함하며, 상기 제 1 부분은 상기 제 2 부분 보다 큰 폭을 갖고, 상기 제 1 부분의 적어도 일부는 상기 제 1 홈부와 상기 제 2 홈부 사이에 구조적으로 걸리도록 구성된 3D 프린터 제작물용 경화 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광원 모듈 중 적어도 일부는 상기 챔버의 내측면과 열적으로 접촉하도록 배치되고, 상기 챔버는 상기 복수의 광원 모듈 중 적어도 일부에 대하여 열을 방출하는 방열 부재로 작용하는 3D 프린터 제작물용 경화 장치.
  12. 3D 프린터로 제작된 제작물(이하, 3D 프린터 제작물)을 경화 장치의 챔버의 수용 공간에 인입하는 인입 단계;
    상기 수용 공간에 수용된 상기 3D 프린터 제작물을 비진공 상태의 공기 분위기에 해당하는 제 1 조건에서 1차로 경화하는 1차 경화 단계; 및
    상기 수용 공간에 수용된 상기 3D 프린터 제작물을 진공 상태에 해당하는 제 2 조건에서 2차로 경화하는 2차 경화 단계를 포함하고,
    상기 1차 경화 단계 및 상기 2차 경화 단계 중 적어도 어느 하나는 상기 3D 프린터 제작물을 회전시키면서 상기 3D 프린터 제작물에 자외선(UV) 및 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광을 조사하여 상기 3D 프린터 제작물을 가열하면서 경화하는 단계를 포함하고,
    상기 챔버의 안쪽에 복수의 광원 모듈이 설치되고,
    상기 복수의 광원 모듈 각각은 자외선(UV)을 발생하는 적어도 하나의 제 1 발광요소 및 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광을 발생하는 적어도 하나의 제 2 발광요소를 포함하도록 구성되며,
    상기 복수의 광원 모듈을 이용해서 상기 1차 경화 단계 및 상기 2차 경화 단계를 수행하고,
    상기 제 2 발광요소는 상기 자외선(UV) 보다 긴 파장을 갖는 광으로서 가시광선을 발생하도록 구성되고, 상기 가시광선으로 상기 3D 프린터 제작물을 열경화하도록 구성된, 3D 프린터 제작물의 경화 방법.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 자외선(UV)은 제 1 중심 파장을 갖는 제 1 자외선(UV) 및 상기 제 1 중심 파장과 다른 제 2 중심 파장을 갖는 제 2 자외선(UV)을 포함하는 3D 프린터 제작물의 경화 방법.
  15. 삭제
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 광원 모듈은 상기 챔버의 내측면에 상호 이격하여 설치된 3개의 측면 광원 모듈 및 상기 챔버의 뚜껑부의 밑면에 설치된 1개 이상의 상면 광원 모듈을 포함하는 3D 프린터 제작물의 경화 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 발광요소는 제 1 중심 파장을 갖는 제 1 자외선(UV)을 발생하는 제 1-1 발광요소 및 상기 제 1 중심 파장과 다른 제 2 중심 파장을 갖는 제 2 자외선(UV)을 발생하는 제 1-2 발광요소를 포함하는 3D 프린터 제작물의 경화 방법.
  18. 삭제
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KR20200054946A (ko) * 2018-11-05 2020-05-20 주식회사 덴티스 3차원 적층체의 경화성능을 향상시키기 위한 자외선 광 경화장치
KR20210045951A (ko) * 2020-10-21 2021-04-27 김민건 3d 프린팅 치의학 출력물의 진공 및 공기 후경화 장치

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