KR102467269B1 - 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3d 프린터, 및 이에 의한 성형물의 출력방법 - Google Patents

액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3d 프린터, 및 이에 의한 성형물의 출력방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102467269B1
KR102467269B1 KR1020220059721A KR20220059721A KR102467269B1 KR 102467269 B1 KR102467269 B1 KR 102467269B1 KR 1020220059721 A KR1020220059721 A KR 1020220059721A KR 20220059721 A KR20220059721 A KR 20220059721A KR 102467269 B1 KR102467269 B1 KR 102467269B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid resin
resin
printhead
print head
nozzle
Prior art date
Application number
KR1020220059721A
Other languages
English (en)
Inventor
김재상
오성묵
Original Assignee
주식회사 채우라
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 채우라 filed Critical 주식회사 채우라
Priority to KR1020220059721A priority Critical patent/KR102467269B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102467269B1 publication Critical patent/KR102467269B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/232—Driving means for motion along the axis orthogonal to the plane of a layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)

Abstract

본 발명은 성형물을 프린트하여 형성하기 위한 3D 프린터에 관한 것으로서, 고체수지와 액상수지로 성형이 가능한 하이브리드형 3D 프린터, 및 이에 의한 성형물의 출력방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터는 고체수지를 용융하여 출력하는 제1 노즐이 설치된 제1 프린트헤드, 상기 제1 노즐에서 출력되는 고체수지에 의해 성형물이 성형되는 프린트베드, 상기 프린트베드와 상기 제1 프린트헤드가 설치되는 본체프레임, 상기 프린트베드에 성형물을 성형하도록 상기 제1 프린트헤드와 상기 프린트베드 중 어느 하나 또는 둘 모두를 구동하는 출력구동부, 상기 제1 프린트헤드에서 출력되는 고체수지에 의해 성형되는 성형물에 액상수지로 추가 성형하도록 상기 제1 프린트헤드에 부착되어 액상수지를 출력하는 제2 노즐이 설치된 제2 프린트헤드, 및 상기 프린트베드에 출력된 상기 액상수지를 경화하는 액상경화부를 포함한다. 따라서, 출력구동부의 부하를 감소시켜 소비전력을 감소시키고 내구성을 증대시킬 수 있다.

Description

액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터, 및 이에 의한 성형물의 출력방법{Hybrid type 3D printer capable of outputting liquid resin and solid resin, and output method of molded product by this}
본 발명은 성형물을 프린트하여 형성하기 위한 3D 프린터에 관한 것으로서, 고체수지와 액상수지로 성형이 가능한 하이브리드형 3D 프린터, 및 이에 의한 성형물의 출력방법에 관한 것이다.
일반적으로 3D 프린터는 수지를 출력하여 입체 성형물을 출력하기 위한 장치이다.
3D 프린터는 수지를 출력하는 노즐이 이동하거나, 성형물을 받치는 베드 또는 노즐과 베드가 함께 X,Y,Z축으로 이동하면서 수지를 복수 개의 레이어로 적층하여 성형물을 출력한다.
한편, 3D 프린터는 성형물을 출력할 수지의 종류에 따라 열가소성 수지를 용융하여 출력하는 FFF방식, 유동성을 갖는 페이스트를 압출하여 출력하는 PED방식, 광경화성 수지를 이용하는 DLP와 SLA 방식 등으로 구별되는 데, FFF방식이 사용이 편리하고, 재료를 쉽게 구할 수 있어 대중화되었다.
그러나, FFF방식의 경우, 열가소성 수지에 의해서만 출력이 가능할 뿐, 액상수지로 성형하기 위해서는 FFF장치에서 출력 후 PED, DLP 또는 SLA장치로 옮겨와 재출력해야하는 번거로움이 있었다.
이를 해결하기 위해 종래에는 한국등록특허 제10-1736568호(2017.5.29.공고)의 "다중재료 성형을 위한 3D 프린터용 헤드"가 개시된 바가 있었다.
상기한 종래의 다중재료 성형을 위한 3D 프린터용 헤드는 헤드 프레임의 한쪽에 설치되면서 구조물 성형을 위한 비전도성 재료를 FFF방식으로 토출하는 FFF 토출부 및 헤드 프레임의 다른 한쪽에 설치되면서 회로도선 성형을 위한 전도성 재료를 토출하는 전도성 재료 토출부를 포함하여 구성되었다.
이러한 종래의 다중재료 성형으 위한 3D 프린터용 헤드는 장비의 소형화는 물론 공정의 단순화를 도모할 수 있는 등 전체적인 장치의 구성을 단순화할 수 있는 동시에 공정의 효율성을 향상시킬 수 있었다.
하지만, 종래의 다중재료 성형을 위한 3D 프린터용 헤드는 성형물의 출력 시에 어느 하나를 출력하지 않더라도 FFF 토출부와 전도성 재료 토출부가 함께 이동하기 때문에 구동계에 큰 동력을 필요로 하여 소비전력이 증대될 뿐만 아니라, 구동계에 부하증대로 인해 구동계의 내구성이 하락되고, 신속한 출력과 정밀한 출력이 어려운 문제점이 있었다.
또한, FFF 토출부와 전도성 재료 토출부가 함께 상하로 이동함에 따라 성형물에 따라 하강하는 위치의 제약이 발생하여 높은 곳에서 전도성 재료를 토출함으로써, 낙차로 인해 기포가 유입되면서 성형불량이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 헤드탈착부에 의해 제1 프린트헤드에 제2 프린트헤드를 탈착 가능하게 구성하여 제2 프린트헤드의 출력이 필요할 때에만 제1 프린트헤드에 제2 프린트헤드를 부착함으로써, 구동계의 동력을 감소시켜 소비전력을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 부하를 감소시켜 구동계의 내구성을 향상시키고, 신속한 출력과 정밀한 출력이 가능한 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터, 및 이에 의한 성형물의 출력방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 자력부착부와 자력발생부에 의해 헤드탈착부를 구성하여 제1 프린트헤드에 제2 프린트헤드를 용이하게 탈착할 수 있을 뿐만 아니라, 결합끼움부와 결합홈부의 결합으로 제2 프린트헤드를 제2 프린트헤드에 결합함으로써, 정확한 위치에 용이하게 결합할 수 있는 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터, 및 이에 의한 성형물의 출력방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 제2 프린트헤드의 제2 노즐이 높이조절구동부에 의해 높낮이가 조절되기 때문에 제2 노즐의 높이를 별도로 조정하여 제1 프린트헤드에 제약을 받지 않고 액상수지로 출력할 수 있을 뿐만 아니라, 제2 노즐을 바닥에 근접하게 위치시켜 기포의 발생에 따른 성형불량을 방지할 수 있는 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터, 및 이에 의한 성형물의 출력방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 프린트베드에 액상경화부가 설치되어 다양한 형태의 액상수지를 경화시켜 사용할 수 있는 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터, 및 이에 의한 성형물의 출력방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터는 고체수지를 용융하여 출력하는 제1 노즐이 설치된 제1 프린트헤드, 상기 제1 노즐에서 출력되는 고체수지에 의해 성형물이 성형되는 프린트베드, 상기 프린트베드와 상기 제1 프린트헤드가 설치되는 본체프레임, 상기 프린트베드에 성형물을 성형하도록 상기 제1 프린트헤드와 상기 프린트베드 중 어느 하나 또는 둘 모두를 구동하는 출력구동부, 상기 제1 프린트헤드에서 출력되는 고체수지에 의해 성형되는 성형물에 액상수지로 추가 성형하도록 상기 제1 프린트헤드에 부착되어 액상수지를 출력하는 제2 노즐이 설치된 제2 프린트헤드, 및 상기 프린트베드에 출력된 상기 액상수지를 경화하는 액상경화부를 포함한다.
상기 액상수지는 UV경화성 수지를 포함하고, 상기 액상경화부는 UV경화성 수지를 경화하기 위한 UV LED램프를 포함할 수 있다.
상기 액상수지를 출력할 때에만 상기 제2 프린트헤드를 상기 제1 프린트헤드에 부착하도록 상기 제1 프린트헤드에 상기 제2 프린트헤드를 탈착 가능하게 결합하는 헤드탈착부를 포함할 수 있다.
상기 헤드탈착부는 상기 제1 프린트헤드 또는 상기 제2 프린트헤드 중 어느 하나에 설치되어 선택적으로 자력을 발생하는 자력발생부, 및 다른 하나에 설치되어 상기 자력발생부에서 발생하는 자력에 의해 부착되는 자력부착부를 포함할 수 있다.
상기 헤드탈착부는 상기 제1 프린트헤드에 상기 제2 프린트헤드가 정확한 위치에 부착되도록 상기 제1 프린트헤드와 상기 제2 프린트헤드 중 어느 하나에서 서로 부착되는 방향으로 갈수록 면적이 점점 좁아지는 형태로 돌출형성되는 결합끼움부, 및 다른 하나에 형성되어 상기 결합끼움부와 대응되는 형상으로 형성되어 상기 결합끼움부가 끼워지는 결합홈부를 포함할 수 있다.
상기 제2 프린트헤드는 상기 제2 노즐에서 액상수지를 바닥에서 근접하게 토출하여 기포의 발생을 최소화하도록 상기 제2 프린트헤드에서 상기 제2 노즐의 높낮이를 조절하는 높이조절구동부를 포함할 수 있다.
상기 본체프레임은 상기 출력구동부에 의해 상기 제1 프린트헤드가 출력하는 이동범위 외에 위치하여 상기 제2 프린트헤드를 거치하는 헤드거치대를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터에 의한 성형물의 출력방법은 상기한 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터에 의한 성형물의 출력방법으로서, 상기 제1 프린트헤드를 통해 고체수지를 용융하고 토출하여 성형물을 출력하는 단계, 상기 고체수지로 출력한 성형물에 액상수지를 출력하기 위해 상기 제2 프린트헤드가 위치한 부분으로 상기 제1 프린트헤드를 이동시키는 단계, 상기 제1 프린트헤드에 상기 제2 프린트헤드를 결합하는 단계, 상기 액상수지를 출력할 부분으로 상기 제2 프린트헤드가 결합된 상기 제1 프린트헤드를 이동시키는 단계, 상기 제2 프린트헤드를 통해 상기 성형물에 액상수지를 출력하는 단계, 및 상기 액상경화부를 통해 상기 성형물에 출력된 상기 액상수지를 경화시키는 단계를 포함한다.
상기 성형물에 액상수지를 출력하는 단계는 상기 액상수지에 기포의 유입을 최소화하도록 상기 제2 프린트헤드의 제2 노즐을 상기 액상수지를 출력할 부분에 근접하게 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 프린트헤드에 제2 프린트헤드가 헤드결합부에 의해 탈착 가능하게 결합되어 제2 프린트헤드의 출력이 필요할 때에만 제1 프린트헤드에 제2 프린트헤드를 부착하여 성형물을 출력하기 때문에 출력구동부의 부하를 감소시켜 소비전력을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 출력구동부의 부하를 감소시켜 신속하고 정밀한 출력이 가능하고 출력구동부의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 헤드결합부를 자력발생부와 자력부착부로 구성하여 자력에 의해 제1 프린트헤드를 제2 프린트헤드에 탈부착함으로써, 신속하고 용이하게 탈착할 수 있을 뿐만 아니라, 헤드결합부를 결합끼움부와 결합홈부가 서로 끼워지도록 구성함으로써, 제1 프린트헤드에 제2 프린트헤드를 정확한 위치에 용이하게 결합할 수 있다.
또한, 프린트베드에 액상경화부가 구성되어 제2 프린트헤드를 출력하는 액상수지를 용이하게 경화시켜 성형물을 출력할 수 있다.
또한, 제2 프린트헤드에서 제2 노즐이 높이조절구동부에 의해 높낮이를 조절함으로써, 성형물에 의해 제1 프린트헤드로 인한 진입의 제약을 방지하고 액상수지의 출력에 따른 낙차를 최소화함으로써, 액상수지에 기포가 발생하여 성형불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터를 도시한 사시도로써, 제1 프린트헤드와 제2 프린트헤드의 결합상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터를 구성하는 제2 프린트헤드와 수지공급부를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터(100)를 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터(100)는 제1 프린트헤드(130)를 포함할 수 있다.
제1 프린트헤드(130)는 성형물을 성형하도록 고체수지를 용융하여 출력할 수 있다. 여기서, 고체수지는 가열하면 용융되는 열가소성 수지 일 수 있다.
제1 프린트헤드(130)는 고체수지를 용융하기 위한 가열부(131)를 포함할 수 있으며, 제1 프린트헤드(130)에는 가열부(131)에 의해 용융된 고체수지를 토출하는 제1 노즐(133)이 설치될 수 있다.
또한, 제1 프린트헤드(130)에는 가열부(131)의 과열을 방지하기 위한 냉각팬 등이 더 설치될 수도 있다.
제1 노즐(133)은 복수 개를 포함할 수 있으며, 복수 개의 제1 노즐(133)에서 동시에 고체수지를 용융하여 토출하는 형태로 성형물을 출력하거나, 복수 개의 제1 노즐(133)에서 서로 다른 고체수지 또는 서로 다른 색상의 고체수지를 용용하여 토출하는 형태로 성형물을 출력할 수 있다.
제1 프린트헤드(130)는 필라멘트 형태의 고체수지가 공급되어 실시간 가열부(131)에서 용융시킨 다음 제1 노즐(133)을 통해 토출하면서 성형물을 성형할 수 있으며, 필라멘트 형태의 고체수지는 공급롤에 권취된 형태로 제1 프린트헤드(130)에 연속적으로 공급될 수 있다.
물론, 제1 노즐(133)이 복수 개로 구성된 경우, 공급롤은 복수 개가 설치되어 각각의 제1 노즐(133)로 필라멘트 형태의 고체수지를 공급할 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터(100)는 프린트베드(120)를 포함할 수 있다.
프린트베드(120)는 성형물을 성형할 수 있도록 성형물의 받침이 될 수 있다.
프린트베드(120)는 판의 형상으로 형성될 수 있으며, 프린트베드(120)에는 액상수지를 경화시키기 위한 액상경화부(123)가 설치될 수 있다.
여기서, 액상경화부(123)는 액상수지가 열경화성 수지일 경우, 히터(125)로 구현되거나, 액상수지가 UV경화성 수지일 경우, UV LED램프(127)로 구현될 수 있다.
그리고, 명세서에서 액상수지는 상온에서 액상 또는 겔상을 유지하여 유동성을 갖는 수지를 의미한다.
실시예에서는 액상수지를 UV경화성 수지로 구현하였으며, 액상수지를 UV경화성 수지로 구현하면, UV를 조사하기 전까지는 상온에서 액상을 장기간 유지하여 제2 노즐(143)의 막힘을 방지하고, 취급이 용이하다.
프린트베드(120)는 액상수지인 UV경화성 수지를 경화시키는 UV경화성 램프의 빛이 성형물로 투과되어 경화시킬 수 있도록 유리 또는 합성수지로 형성된 투명판(121)이 상면을 마감하고 투명판(121)의 상면에 성형물이 성형될 수 있으며, 투명판(121)의 하부에는 투명판(121)을 투과하여 상면에 위치하는 성형물에 UV를 조사하기 위한 UV LED램프(127)가 설치될 수 있다.
여기서, UV LED램프(127)는 복수 개의 UV LED소자를 PCB에 실장된 LED 모듈을 일정 간격 이격되어 프린트베드(120)의 상면에서 전면적으로 UV를 조사하도록 프린트베드(120)에 설치될 수 있다.
UV LED램프(127)는 진공관 형태의 UV 램프보다는 더 얇은 두께를 가져 프린트베드(120)의 두께를 최소화할 수 있으며, 설치와 취급이 용이하며, 상대적으로 무게가 가벼워 프린트베드(120)를 구동하는 동력을 감소시킴으로써, 소비전력을 절감할 수 있다.
또한, 프린트베드(120)는 열경화성 수지를 경화시키기 위해 열을 발생하는 히터(125)가 설치될 수 있으며, 히터(125)는 UV LED램프(127)와 투명판(121)의 사이에 위치하여 투명판(121)을 통해 투명판(121)의 상부에 위치하는 성형물을 가열하여 경화시킬 수 있다.
물론, 액상수지가 UV경화성 수지로 구현되더라도 UV LED램프(127)와 히터(125)를 함께 동작하면, UV경화성 수지가 UV LED램프(127)에 의해서만 경화시킬 때보다 더 신속하게 경화시킬 수도 있다.
히터(125)는 히터(125)의 하부에 위치하는 UV LED램프(127)에서 조사되는 UV가 투과될 수 있도록 투명 면상발열체로 구현될 수 있으며, 투명면상발열체는 실리콘(Si)필름 기반 은(Ag) 패턴 방식 투명 면상발열체로 구현되거나, 투명한 폴리이미드 필름 기반에 열선을 지그재그 또는 격자 또는 직조된 부착되는 형태로 구현될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터(100)는 본체프레임(110), 및 출력구동부(160)를 포함할 수 있다.
본체프레임(110)에는 제1 프린트헤드(130)와 프린트베드(120)가 설치될 수 있으며, 본체프레임(110)은 사각의 틀의 형상으로 형성되거나, 사각의 내부가 빈 박스 형태로 구성될 수도 있다.
본체프레임(110)에 설치되는 제1 프린트헤드(130)와 프린트베드(120) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 출력구동부(160)에 의해 본체프레임(110)에서 이동 가능하게 설치될 수 있다.
예컨대, 본체프레임(110)에서 프린트베드(120)는 고정된 상태에서 출력구동부(160)에 의해 제1 프린트헤드(130)가 X,Y,Z축 방향으로 이동하며, 성형물을 성형하거나, 제1 프린트헤드(130)가 고정된 상태에서 출력구동부(160)에 의해 프린트베드(120)가 X,Y,Z축 방향으로 이동하며 성형물을 성형할 수 있다.
또한, 실시예에서와 같이, 제1 프린트헤드(130)는 X,Y축 방향으로만 이동하고, 프린트베드(120)는 Z축 방향으로만 이동하는 형태로 X,Y,Z축 중 제1 프린트 헤드가 이동하지 않는 축방향으로는 프린트베드(120)가 이동하며 성형물을 성형하도록 구성될 수 있다.
출력구동부(160)는 제1 프린트헤드(130)와 프린트베드(120)를 이동하기 위한 축방향으로 가이드대를 따라 이동하거나, 회전하는 나사봉에 나사체결되어 이동하는 형태로 구성될 수 있다.
출력구동부(160)는 제1 프린트헤드(130)를 구동하는 헤드구동부(161)와 프린트베드(120)를 구동하는 베드구동부(163)를 포함하여, 헤드구동부(161)는 제1 구동모터에 의해 가이드대를 따라 이동하는 방식을 사용하고, 베드구동부(163)는 제2 구동모터에 의해 회전하는 나사봉을 따라 이동하도록 구동하거나, 서로 동일한 방법 또는 서로 상반된 방법으로 구동하도록 구성될 수 있다.
여기서, 출력구동부(160)는 제1 프린트헤드(130)와 프린트베드(120)를 X,Y,Z축을 중심으로 구동할 수 있는 다양한 형태의 공지된 형태로 적용할 수 있음은 물론이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터(100)는 제2 프린트헤드(140)를 포함할 수 있다.
제2 프린트헤드(140)는 제1 프린트헤드(130)에 부착되어 제1 프린트헤드(130)를 따라 이동하며, 액상수지로 성형물을 출력할 수 있다.
제2 프린트헤드(140)는 제1 프린트헤드(130)에서 출력되는 수지와는 다른 종류의 수지를 출력할 수 있으며, 제2 프린트헤드(140)에서 출력하는 수지는 액상수지일 수 있다.
제2 프린트헤드(140)에서 출력하는 액상수지는 가열부(131)에 의해 용융하는 형태가 아니라, 액상 또는 겔상의 액상수지를 성형물에 토출하여 성형물을 형성할 수 있다.
예를 들어, 간판을 제조하는 경우, 제1 프린트헤드(130)에서 고체수지를 출력하여 간판의 테두리를 형성한 후, 제2 프린트헤드(140)에서 고체수지로 형성된 테두리의 내부에 액상수지를 출력하여 투명 또는 반투명체의 빛이 투과되어 조사되는 부분을 액상수지로 제작할 수 있다.
여기서, 제1 프린트헤드(130)는 고체수지를 열에 의해 용융하여 토출하기 때문에 액상수지를 열에 의해 용융하여 토출하더라도 기포가 발생함과 동시에 균일한 표면을 얻기가 어렵고, 열가소성 수지는 상대적으로 열에 취약하기 때문에 간판과 같이 빛이 직접적으로 투과되는 부분에 적용하기 어렵다.
하지만, 제2 프린트헤드(140)는 상온에서 액상을 유지하는 액상수지를 토출하여 성형물을 출력하기 때문에 기포의 발생을 최소하고 균일한 표면을 얻어 균일하게 빛을 투과할 수 있을 뿐만 아니라, 열에 의해 상대적으로 강하기 때문에 빛이 직접적으로 투과되는 부분의 사용이 적합하다.
또한, 액상수지는 고체수지보다 상대적으로 투명도가 높고 투명한 재료를 쉽게 시중에서 구할 수 있기 때문에 성형물에서 빛이 투과되는 부분에서는 액상수지로 출력하는 것이 제작비용의 면에서도 감소시킬 수 있으며, 다양한 형상을 용이하게 제작할 수 있다.
제2 프린트헤드(140)는 액상수지를 토출하는 제2 노즐(143)을 포함할 수 있으며, 제2 노즐(143)은 상하로 긴 길이의 빨대 형태로 형성되어 끝단이 프린드베드의 바닥에 근접하게 위치한 상태에서 액상수지를 토출함으로써, 낙차로 인해 액상수지에 기포가 유입되는 것을 최소화할 수 있다.
제2 노즐(143)은 제2 프린트헤드(140)에서 높이조절구동부(141)에 의해 상하로 높이를 조절 가능하게 설치될 수 있으며, 높이조절구동부(141)는 노즐구동모터에 피니언이 설치되거나, 제2 노즐(143)의 외면에는 피니언과 맞물리는 랙기어가 제2 노즐(143)의 길이방향을 따라 형성되어 피니언의 회전 방향에 따라 맞물리는 랙기어에 의해 제2 프린트헤드(140)에서 상하로 이동 가능하게 설치될 수 있다.
여기서, 성형물의 높이로 인해 상대적으로 깊은 위치에 액상수지의 출력이 필요할 경우, 제1 프린트헤드(130)에 의해 성형물의 내부로 진입이 어렵다.
이에 따라 실시예에서는 제2 노즐(143)을 빨대와 같은 막대형태로 형성하고, 제2 노즐(143)을 높이조절구동부(141)에 의해 높이를 조절하여 상대적으로 깊은 위치에 근접하게 제2 노즐(143)을 위치시킨 상태에서 액상수지를 토출할 수 있기 때문에, 깊이가 깊은 성형물에 액상수지에 의해 성형이 가능할 뿐만 아니라, 낙차에 따른 기포의 발생을 최소화하여 성형불량의 발생을 방지할 수 있다.
제2 노즐(143)에서 액상수지를 토출하는 끝단에는 출력되는 액상수지의 두께에 따라 제2 노즐(143)의 끝단이 출력된 액상수지에 닿지 않고 일정 간격을 유지하도록 제2 노즐(143)의 끝단과 액상수지의 표면 사이 간격을 감지하는 간격측정센서(143a)가 설치될 수 있으며, 간격측정센서(143a)는 공지된 레이저와 같은 광학적으로 거리를 감지하거나, 표면 접촉되는 감지하는 감지센서로 구현될 수 있다.
또한, 제2 노즐(143)의 끝단에는 제2 노즐(143)의 끝단에서 액상수지를 토출하거나, 토출을 차단하는 노즐밸브(143b)가 설치될 수 있으며, 노즐밸브(143b)는 프린트컨트롤러에 의해 제어되어 제2 노즐(143)의 끝단을 개방하여 액상수지를 토출하거나, 제2 노즐(143)의 끝단을 밀폐하여 액상수지의 토출을 차단할 수 있다.
물론, 노즐밸브(143b)는 꼭 제2 노즐(143)의 끝단이 아니더라도, 제2 노즐(143)의 상단 또는 중간 부분에 설치될 수 있다.
높이조절구동부(141)는 간격측정센서(143a)에 측정되는 제2 노즐(143)의 끝단과 액상수지의 표면과의 간격에 따라 미리 설정된 간격을 유지하도록 제2 노즐(143)의 높이를 조절할 수 있다.
제2 프린트헤드(140)의 둘레에는 액상수지가 UV경화성 수지일 경우, 프린트베드(120)의 UV LED램프(127)에서 조사되는 UV를 반사시켜 성형물의 상부에서 조사하도록 UV를 반사시키는 반사판이 설치될 수 있다.
제2 프린트헤드(140)에는 액상수지를 충전하여 공급하는 수지공급부(145)를 통해 액상수지가 공급되며, 수지공급부(145)는 제1 프린트헤드(130)에 가해지는 하중을 최소화하기 위해 제2 프린트헤드(140)와는 별개로 분리되어 연결호스에 의해 제2 노즐(143)과 연결되어 액상수지를 공급받을 수 있다.
수지공급부(145)는 공급용기(146)에 충전된 액상수지를 피스톤(147)에 의해 강제적으로 가압하여 연결호스를 통해 제2 노즐(143)로 토출시킬 수 있으며, 피스톤(147)은 공급모터(149)에 의해 회전하는 나사봉에 나사체결되어 가압하는 가압판에 의해 가압되어 미리 설정된 속도와 공급량만큼 제2 노즐(143)로 공급할 수 있다.
한편, 공급용기(146)에는 액상수지에 포함된 기포를 진동에 의해 제거하는 진동발생기가 설치될 수 있다.
진동발생기는 공급용기(146)에 진동을 계속적으로 가함으로써, 상대적으로 가벼운 기포가 충진된 액상수지의 기포들이 액상수지의 상면으로 부상되면서 제거되는 형태로 액상수지에 포함된 기포를 제거한 후 제2 노즐(143)로 공급할 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터(100)는 헤드탈착부(150)를 포함할 수 있다.
헤드탈착부(150)는 선택적으로 제1 프린트헤드(130)에 제2 프린트헤드(140)를 결합할 수 있다.
여기서, 제1 프린트헤드(130)에 제2 프린트헤드(140)가 결합되는 경우, 둘의 무게로 인해 출력구동부(160)에 부하가 증가되어 제1 프린트헤드(130)의 이동 속도에 따른 정밀제어가 어려울 수 있다.
이에 따라 헤드탈착부(150)는 제2 프린트헤드(140)의 출력이 필요한 경우에만 제1 프린트헤드(130)에 제2 프린트헤드(140)를 결합하여 주로 사용하는 제1 프린트헤드(130)를 구동 시에 출력구동부(160)에 부하가 가중되는 것을 방지할 수 있다.
헤드탈착부(150)는 제1 프린트헤드(130)의 이동을 가이드하는 가이드대를 중심으로 제1 프린트헤드(130)가 위치하는 방향에 대해 반대방향에서 제2 프린트헤드(140)를 결합하도록 구성되어 가이드대의 일측에 위치하는 제1 프린트헤드(130) 측에 제2 프린트헤드(140)의 무게가 가중되면서 가이드대에 비틀림응력이 작용하면서 가이드대의 피로누적에 의한 손상을 방지할 수 있다.
헤드탈착부(150)는 자력에 의해 서로 탈착할 수 있도록 제1 프린트헤드(130)와 제2 프린트헤드(140) 중 어느 하나에는 선택적으로 자력을 발생하는 자력발생부(153)가 설치되며, 다른 하나에는 자력발생부(153)에서 발생한 자력에 의해 부착되는 자력부착부(157)가 설치되는 형태로 구성될 수 있다.
자력발생부(153)는 전원의 투입에 따라 선택적으로 자력을 발생하는 전자석으로 구현될 수 있으며, 자력부착부(157)는 전자석에서 발생하는 자력에 의해 부착되는 영구자석 또는 금속판으로 구현될 수 있다.
헤드탈착부(150)는 결합끼움부(151)와 결합홈부(155)를 포함할 수 있다.
결합끼움부(151)는 제1 프린트헤드(130)와 제2 프린트헤드(140) 중 어느 하나에서 돌출되어 형성될 수 있으며, 결합홈부(155)는 결합끼움부(151)가 형성되지 않은 다른 하나에 형성되어 돌출된 결합끼움부(151)가 삽입되어 끼워질 수 있다.
결합끼움부(151)는 제1 프린트헤드(130)와 제2 프린트헤드(140)에서 서로 결합되는 방향으로 갈수록 점점 면적이 좁아지게 형성되고, 결합홈부(155)는 돌출된 결합끼움부(151)와 대응되는 형상으로 형성되어 결합홈부(155)에 결합끼움부(151)가 맞춰지는 형태로 끼워질 수 있다.
이때, 결합끼움부(151)는 마치 다각형상을 갖는 다각뿔의 형태로 형성되어 결합홈부(155)에 끼워진 상태에서 제1 프린트헤드(130)에 대해 제2 프린트헤드(140)의 토출방향이 비틀어져 결합되는 것을 방지할 수 있다.
자력발생부(153)는 결합끼움부(151)와 결합홈부(155) 중 어느 하나에 위치할 수 있으며, 자력부착부(157)는 다른 하나에 설치되어 자력에 의해 결합끼움부(151)가 결합홈부(155)에 삽입된 상태로 고정될 수 있다.
헤드탈착부(150)는 탈착감지센서(154)를 포함할 수 있다.
이 탈착감지센서(154)는 제1 프린트헤드(130)에 제2 프린트헤드(140)의 탈착된 상태를 감지할 수 있다.
탈착감지센서(154)는 제2 프린트헤드(140)를 제1 프린트헤드(130)에 부착되면 부착신호를 발생하고, 부착신호를 프린트컨트롤러로 제공할 수 있다.
프린트컨트롤러는 성형물을 성형하기 위해 입력된 성형물의 성형 테이터를 기초하여 출력구동부(160)를 제어하는 형태로 제1 프린트헤드(130) 및 프린트베드(120)를 구동하며 성형물의 출력을 제어할 수 있다.
한편, 프린트컨트롤러는 탈착감지센서(154)에서 탈착신호가 발생하면, 제1 프린트헤드(130)의 제1 노즐(133)을 기준으로 출력구동부(160)를 제어하는 것이 아니라, 제2 프린트헤드(140)의 제2 노즐(143)을 기준으로 출력구동부(160)를 제어할 수 있다.
이때, 제1 프린트헤드(130)와 제2 프린트헤드(140)가 결합된 상태에서의 제1 노즐(133)과 제2 노즐(143)의 거리가 프린트컨트롤러에 내장되어 제2 프린트헤드(140)가 결합되면 제1 노즐(133)과 제2 노즐(143)의 거리를 통해 제2 프린트헤드(140)를 기준으로 제1 프린트헤드(130), 및 프린트베드(120)가 이동하도록 출력구동부(160)를 제어할 수 있다.
탈착감지센서(154)는 자력부착부(157)에 설치되어 자력발생부(153)에서 자력부착부(157)에 자력이 제공되면, 탈착신호를 발생하거나, 헤드탈착부(150)에 설치되어 서로 끼움결합되면서 가압됨에 다라 탈착신호를 발생하도록 구성될 수 있다.
그리고 헤드탈착부(150)에는 제1 프린트헤드(130)에 제2 프린트헤드(140)가 결합될 때, 제2 프린트헤드(140)의 제2 노즐(143)을 구동하기 위한 높이조절구동부(141)를 제어하거나, 제2 노즐(143)에서 액상수지의 공급을 제어하거나, 전원을 공급하기 위해 프린트컨트롤러에 의해 제2 프린트헤드(140)를 제어하기 위해 제어신호를 송수신하거나, 전원을 공급하는 제어단자(159)가 설치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터(100)는 헤드거치대(115)를 포함할 수 있다.
이 헤드거치대(115)는 제2 프린트헤드(140)의 미사용 시에 제2 프린트헤드(140)를 거치할 수 있다.
헤드거치대(115)는 제2 프린트헤드(140)를 제1 프린트헤드(130)가 성형물을 출력하기 위해 이동하는 이동범위 외에 거치하여 제1 프린트헤드(130)의 성형물을 출력할 때, 제2 프린트헤드(140)에 의해 제1 프린트헤드(130)의 이동제약이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
헤드거치대(115)는 제1 프린트헤드(130)의 이동범위의 외에 위치하는 본체프레임(110)의 부분에 설치될 수 있다.
헤드거치대(115)에는 제2 프린트헤드(140)가 상부에 안착된 상태에서 제1 프린트헤드(130)가 다가와 제2 프린트헤드(140)를 결합한 상태에서 제1 프린트헤드(130)가 제2 프린트헤드(140)를 이탈시키기 위한 방향으로 이동할 때 제2 노즐(143)이 걸리지 않도록 제2 노즐(143)이 이탈되는 방향으로 개방된 형태의 노즐안착홈(116)이 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 각 구성 간의 작용과 효과를 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터(100)에 의한 성형물의 출력방법과 함께 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터(100)에 의한 성형물의 출력방법은 먼저, 고체수지를 용융시켜 성형물을 형성한다.
고체수지로 성형물을 형성할 때에는 미리 설정된 성형 데이터를 프린트컨트롤러로 제공하면, 프린트컨트롤러는 제1 프린트헤드(130)에서 제1 노즐(133)의 가열부(131)를 통해 고체수지가 용융되면서, 프린트베드(120)로 토출되어 성형물을 형성한다.
이때, 제1 노즐(133)에서 용융된 고체수지가 토출되면서, 성형 데이터에 포함된 X,Y,Z축의 좌표에 따라 출력구동부(160)를 제어하여 제1 프린트헤드(130)와 프린트베드(120)를 본체프레임(110)에서 이동시키면서, 성형물을 형성한다.
여기서, 고체수지로 형성되는 성형물에서 액상수지로 성형할 부분은 액상수지가 주변으로 흘러내리지 않고 가둘 수 있는 중공의 테두리 형태를 가질 수 있다.
한편, 제1 프린트헤드(130)에 의해 성형물이 성형되면, 액상수지로 성형을 위해 헤드거치대(115)에 안착된 제2 프린트헤드(140)가 위치한 방향으로 제1 프린트헤드(130)가 이동한다.
제1 프린트헤드(130)가 제2 프린트헤드(140)의 위치에 위치하면, 헤드탈착부(150)에 의해 서로 결합되도록 제1 프린트헤드(130)와 제2 프린트헤드(140) 중 어느 하나에 형성되는 결합끼움부(151)가 다른 하나에 형성되는 결합홈부(155)에 삽입되도록 제1 프린트헤드(130)가 제2 프린트헤드(140)에 근접하게 이동한다.
이때, 결합끼움부(151)는 결합홈부(155)를 향해 갈수록 점점 면적이 좁아지는 다각형의 형상으로 형성되기 때문에 결합끼움부(151)가 결합홈부(155)에 결합되면, 제1 프린트헤드(130)와 제2 프린트헤드(140)가 정확한 위치에서 결합된다.
그리고, 결합끼움부(151)와 결합홈부(155) 중 어느 하나에는 자력발생부(153)가 위치하고 다른 하나에는 자력부착부(157)가 설치되기 때문에 서로 결합될 때, 자력발생부(153)에서 발생하는 자력에 의해 자력부착부(157)가 부착되면서, 서로 자력에 의해 서로 부착된다.
결합끼움부(151)와 자력부착부(157)가 서로 자력에 의해 부착되면, 탈착감지센서(154)에 의해 제1 프린트헤드(130)에 제2 프린트헤드(140)가 부착됨을 알리는 탈착신호가 프린트컨트롤러로 제공된다.
탈착신호가 프린트컨트롤러로 제공되면, 프린트컨트롤러는 제2 노즐(143)을 기준하여 액상수지를 출력할 부분으로 출력구동부(160)를 통해 제1 프린트헤드(130)를 이동시키는 형태로 제1 프린트헤드(130)에 부착된 제2 프린트헤드(140)를 이동시킨다.
제2 프린트헤드(140)가 액상수지를 출력할 부분에 위치하면, 프린트컨트롤러는 제2 노즐(143)에서 토출되는 액상수지의 낙차로 인해 기포가 발생하는 것을 방지하도록 높이조절구동부(141)를 액상수지를 토출할 표면까지 근접하게 이동시킨다.
이때, 제2 노즐(143)의 끝단에는 제2 노즐(143)의 끝단과 바닥의 사이 간격을 측정하는 간격측정센서(143a)가 설치되어 제2 노즐(143)의 끝단이 바닥에서 미리 설정된 간격만큼 이격도록 하향된다.
제2 노즐(143)이 액상수지를 출력할 부분에 근접하게 위치하면, 프린트컨트롤러는 액상을 공급하는 수지공급부(145)의 피스톤(147)을 가압하여 공급용기(146)에 충전된 액상수지를 제2 노즐(143)로 공급하여 제2 노즐(143)의 끝단을 통해 토출하면서, 액상수지로 성형물을 성형한다.
물론, 제2 노즐(143)은 액상수지로 성형할 부분에 중앙에서만 정지한 상태로 액상수지를 토출하는 것이 아니라, 액상수지로 성형할 부분을 출력구동부(160)를 통해 제1 프린트헤드(130)를 X,Y 축으로 이동시키는 형태로 제2 프린트헤드(140)를 이동시키며 성형물을 성형할 수 있다.
이때, 제2 노즐(143)은 제2 노즐(143)의 끝단이 토출된 액상수지에 닿아 기포의 발생을 방지하도록 액상수지가 토출되는 두께만큼 제2 노즐(143)이 높이조절구동부(141)에 의해 후퇴하면서 액상수지를 출력할 수 있다.
또한, 수지공급부(145)는 액상수지를 공급하기 이전 또는 공급하면서, 공급용기(146)에 충전된 액상수지에 포함된 기포를 제거하기 위해 공급용기(146)에 진동발생기로 지속적으로 진동을 부여하여 공급용기(146)의 기포를 액상수지의 수면으로 부양시켜 토출되는 액상수지에 기포의 포함을 최소화할 수 있다.
액상수지에 의해 성형물이 성형되면, 프린트컨트롤러는 수지공급부(145)를 통해 제2 노즐(143)로 액상수지의 공급을 차단하고, 제1 프린트헤드(130)에 의해 계속적인 성형이 필요할 경우에는 제2 프린트헤드(140)를 헤드거치대(115)까지 이동시켜 제2 프린트헤드(140)를 헤드거치대(115)에 안착시킨 상태에서 헤드탈착부(150)의 자력을 차단하여 제1 프린트헤드(130)에서 제2 프린트헤드(140)를 분리한다.
여기서, 제1 프린트헤드(130)에 제2 프린트헤드(140)가 부착된 상태로 제1 프린트헤드(130)를 구동하는 경우, 제2 프린트헤드(140)의 하중의 증가로 인해 정밀 제어가 어려울 수 있기 때문에 정밀 제어가 가능하도록 제1 프린트헤드(130)에서 제2 프린트헤드(140)를 분리한다.
제1 프린트헤드(130)에서 제2 프린트헤드(140)가 분리되면, 제1 프린트헤드(130)는 다시 출력범위로 이동하여 성형물을 계속적으로 성형할 수 있다.
여기서 출력범위는 프린트베드(120)의 투명판(121)의 전체면적일 수 있다.
한편, 제2 프린트헤드(140)에 의해 액상수지로 성형물의 출력이 완료되면, 프린트컨트롤러는 액상수지를 경화시키기 위해 액상경화부(123)를 작동시킨다.
액상경화부(123)는 액상수지의 종류에 따라 히터(125)를 작동시켜 열에 의해 액상수지를 경화하거나, UV LED램프(127)를 점등하여 액상수지를 UV에 의해 액상수지를 경화한다.
물론, 액상수지에 따라 UV LED램프(127)와 히터(125)를 함께 작동시킬 수도 있다.
제1 프린트헤드(130)에 의해 성형물의 출력이 완료되고, 미리 설정된 시간 동안 액상경화부(123)에 의해 액상수지가 경화되면, 프린트베드(120)에서 성형물을 분리함으로써, 액상수지와 고체수지로 형성된 성형물을 얻을 수 있다.
이렇게 제조된 성형물은 예를 들어 간판과 같이 액상수지로 형성된 부분은 빛을 투과시키는 투과부가 되고, 고체수지로 형성된 부분은 투과부를 지지함과 동시에 빛이 투과되지 않는 프레임이 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터(100)는 고체수지를 용융하여 출력하는 제1 프린트헤드(130)에 액상수지를 출력하는 제2 프린트헤드(140)를 선택적으로 탈착하여 고체수지와 액상수지로 성형물을 출력할 수 있다.
또한, 헤드탈착부(150)에 의해 제2 프린트헤드(140)를 제1 프린트헤드(130)에 필요시에만 부착하여 제1 프린트헤드(130)의 이동 시에 부하를 감소시켜 소비전력을 감소시키고, 정밀하고 신속한 출력이 가능한 이점이 있다.
또한, 결합끼움부(151)와 결합홈부(155)에 끼워지는 형태로 헤드탈착부(150)를 구성하여 제1 프린트헤드(130)에 제2 프린트헤드(140)를 정확한 위치에 결합할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 프린트헤드(130)와 제2 프린트헤드(140)가 자력에 의해 탈착되어 용이하게 결합할 수 있다.
또한, 프린트베드(120)에 액상경화부(123)가 구성되어 제2 프린트헤드(140)에서 출력되는 액상수지를 용이하게 경화시켜 출력할 수 있다.
또한, 높이조절구동부(141)에 의해 제2 노즐(143)의 높낮이를 조절하여 액상수지를 출력할 부분에 제2 노즐(143)을 근접하게 위치시켜 출력함으로써, 액상수지에 기포의 발생을 방지할 수 있으며, 제2 노즐(143)이 상하로 이동 가능하게 설치되어 제1 프린트헤드(130)가 성형물에 걸림에 따른 출력의 제한을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 하이브리드형 3D 프린터 110: 본체프레임
115: 헤드거치대 116: 노즐안착홈
120: 프린트베드 121; 투명판
123: 액상경화부 125: 히터
127: UV LED램프 130: 제1 프린트헤드
131: 가열부 133: 제1 노즐
140: 제2 프린트헤드 141: 높이조절구동부
141a: 랙기어 141b: 노즐구동모터
143: 제2 노즐 143a: 간격측정센서
143b: 노즐밸브 145: 수지공급부
146: 공급용기 147: 피스톤
148: 진동발생기 149: 공급모터
150: 헤드탈착부 151: 결합끼움부
153: 자력발생부 154: 탈착감지센서
155: 결합홈부 157: 자력부착부
159: 제어단자 160: 출력구동부
161: 헤드구동부 163: 베드구동부

Claims (7)

  1. 고체수지를 용융하여 출력하는 제1 노즐이 설치된 제1 프린트헤드,
    상기 제1 노즐에서 출력되는 고체수지에 의해 성형물이 성형되는 프린트베드,
    상기 프린트베드와 상기 제1 프린트헤드가 설치되는 본체프레임,
    상기 프린트베드에 성형물을 성형하도록 상기 제1 프린트헤드와 상기 프린트베드 중 어느 하나 또는 둘 모두를 구동하는 출력구동부,
    상기 제1 프린트헤드에서 출력되는 고체수지에 의해 성형되는 성형물에 액상수지로 추가 성형하도록 상기 제1 프린트헤드에 부착되어 액상수지를 출력하는 제2 노즐이 설치된 제2 프린트헤드,
    상기 제1 프린트헤드에 상기 제2 프린트헤드를 탈착 가능하게 결합하는 헤드탈착부, 및
    상기 프린트베드에 출력된 상기 액상수지를 경화하는 액상경화부를 포함하고,
    상기 제2 프린트헤드는 상기 제2 노즐에서 액상수지를 바닥에서 근접하게 토출하여 기포의 발생을 최소화하도록 상기 제2 프린트헤드에서 상기 제2 노즐의 높낮이를 조절하는 높이조절구동부를 포함하며,
    상기 제2 노즐은 상기 제1 프린트헤드의 진입이 어려운 부분에 액상수지를 주입하도록 막대형상으로 형성되고, 상기 제2 노즐의 끝단이 출력된 액상수지에 닿지 않고 일정 간격을 유지하도록 상기 제2 노즐의 끝단에 설치되어 상기 제2 노즐의 끝단과 액상수지의 표면 사이 간격을 감지하는 간격측정센서를 포함하는 것을 특징으로 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액상수지는 UV경화성 수지를 포함하고,
    상기 액상경화부는 UV경화성 수지를 경화하기 위한 UV LED램프를 포함하는 것을 특징으로 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 헤드탈착부는
    상기 제1 프린트헤드 또는 상기 제2 프린트헤드 중 어느 하나에 설치되어 선택적으로 자력을 발생하는 자력발생부, 및
    다른 하나에 설치되어 상기 자력발생부에서 발생하는 자력에 의해 부착되는 자력부착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 헤드탈착부는
    상기 제1 프린트헤드에 상기 제2 프린트헤드가 정확한 위치에 부착되도록 상기 제1 프린트헤드와 상기 제2 프린트헤드 중 어느 하나에서 서로 부착되는 방향으로 갈수록 면적이 점점 좁아지는 형태로 돌출형성되는 결합끼움부, 및
    다른 하나에 형성되어 상기 결합끼움부와 대응되는 형상으로 형성되어 상기 결합끼움부가 끼워지는 결합홈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터.
  5. 삭제
  6. 제1항에 기재된 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터에 의한 성형물의 출력방법으로서,
    상기 제1 프린트헤드를 통해 고체수지를 용융하고 토출하여 성형물을 출력하는 단계,
    상기 고체수지로 출력한 성형물에 액상수지를 출력하기 위해 상기 제2 프린트헤드가 위치한 부분으로 상기 제1 프린트헤드를 이동시키는 단계,
    상기 제1 프린트헤드에 상기 제2 프린트헤드를 결합하는 단계,
    상기 액상수지를 출력할 부분으로 상기 제2 프린트헤드가 결합된 상기 제1 프린트헤드를 이동시키는 단계,
    상기 제2 프린트헤드를 통해 상기 성형물에 액상수지를 출력하는 단계, 및
    상기 액상경화부를 통해 상기 성형물에 출력된 상기 액상수지를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터에 의한 성형물의 출력방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 성형물에 액상수지를 출력하는 단계는
    상기 액상수지에 기포의 유입을 최소화하도록 상기 제2 프린트헤드의 제2 노즐을 상기 액상수지를 출력할 부분에 근접하게 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3D 프린터에 의한 성형물의 출력방법.


KR1020220059721A 2022-05-16 2022-05-16 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3d 프린터, 및 이에 의한 성형물의 출력방법 KR102467269B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220059721A KR102467269B1 (ko) 2022-05-16 2022-05-16 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3d 프린터, 및 이에 의한 성형물의 출력방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220059721A KR102467269B1 (ko) 2022-05-16 2022-05-16 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3d 프린터, 및 이에 의한 성형물의 출력방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102467269B1 true KR102467269B1 (ko) 2022-11-16

Family

ID=84235921

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220059721A KR102467269B1 (ko) 2022-05-16 2022-05-16 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3d 프린터, 및 이에 의한 성형물의 출력방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102467269B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190047099A1 (en) * 2016-02-05 2019-02-14 Jing Guo High-precision manufacturing machine
KR20190115533A (ko) * 2018-03-22 2019-10-14 숭실대학교산학협력단 듀얼 노즐 시스템, 듀얼 노즐 시스템이 적용된 3차원 인쇄 장치 및 듀얼 노즐을 이용한 3차원 형상 구현 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190047099A1 (en) * 2016-02-05 2019-02-14 Jing Guo High-precision manufacturing machine
KR20190115533A (ko) * 2018-03-22 2019-10-14 숭실대학교산학협력단 듀얼 노즐 시스템, 듀얼 노즐 시스템이 적용된 3차원 인쇄 장치 및 듀얼 노즐을 이용한 3차원 형상 구현 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6736684B2 (ja) ３ｄ印刷デバイスおよび３ｄ印刷デバイスの使用により物体を製造するための工程
US5506607A (en) 3-D model maker
CN105643936A (zh) 全彩3d打印机
CN205310839U (zh) 全彩3d打印机
JP2019525856A (ja) ３ｄプリンタおよび対象物をプリントするための方法
CN204801054U (zh) 一种大型3d打印机
CN104309128A (zh) 一种3d打印装置及其打印方法
CN109952190B (zh) 熔融沉积建模方式的三维打印机
CN106239909A (zh) 一种3d打印系统
KR102467269B1 (ko) 액상수지와 고체수지의 출력이 가능한 하이브리드형 3d 프린터, 및 이에 의한 성형물의 출력방법
CN204936220U (zh) 同步带驱动式并联臂三维打印机的机架安装结构
KR101820920B1 (ko) 3차원 프린터
CN209409314U (zh) 一种3d打印机的多头打印机构
CN106313565A (zh) 多功能复合打印装置
CN204914595U (zh) 滚珠丝杠驱动式并联臂三维打印机的机架安装结构
CN208376019U (zh) 一种具备挤出与喷墨功能的3d打印头
KR20150098340A (ko) 오토레벨러 및 모재 냉각부가 구비되는 노즐유닛
JP4752378B2 (ja) 光学板の製造方法
CN106457666B (zh) 一种打印喷头、三维打印机及控制方法
KR101801457B1 (ko) 3d 프린터 장치
CN106891517B (zh) 彩色fdm-3d打印机的铺层垂遁换色方法
EP4197743A1 (en) A bottom-up 3d printer, a platform for this printer, and a method of 3d printing
JP2023075040A (ja) 金属滴吐出３次元（３ｄ）物体プリンタ及びプリンタを動作するための改良された方法
JP2013094742A (ja) 描画方法
KR102411509B1 (ko) 액상수지의 균일 평면형성이 가능한 프린트베드를 갖는 3d 프린터

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant