KR20160121092A

KR20160121092A - 광경화기를 구비하는 3차원 프린팅 헤드 조립체

Info

Publication number: KR20160121092A
Application number: KR1020150050590A
Authority: KR
Inventors: 최경현; 당현우; 양영진; 양봉수
Original assignee: 제주대학교 산학협력단
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2016-10-19
Also published as: KR101679737B1

Abstract

본 발명은 3차원 프린팅을 위한 적층 물질을 토출하는 헤드와, 상기 헤드에서 토출된 적층 물질에 광을 조사하여 상기 적층 물질을 경화시키기 위한 광경화기와, 상기 헤드에 설치되며 상기 광경화기가 상기 헤드를 중심으로 선회 이동하도록 상기 광경화기를 회전 구동시키는 회전 구동부와, 상기 헤드의 프린팅 경로에 따라 상기 광경화기의 위치가 조절되도록 상기 회전 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 3차원 프린팅 헤드 조립체를 개시한다.

Description

광경화기를 구비하는 3차원 프린팅 헤드 조립체 {THREE DIMENSIONAL PRINTING HEAD ASSEMBLY HAVING PHOTOCURING UNIT}

본 발명은 3차원 프린팅에 사용되는 3차원 프린팅 헤드 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3차원 프린팅 공정에서 적층 물질을 경화시키기 위한 광경화가 구비된 차원 프린팅 헤드 조립체에 관한 것이다.

3차원 프린팅(3D Printing)은 파우더 또는 액체를 뿌리고 굳혀서 만든 얇은 막들을 층층이 쌓아올려 입체적 형상의 물건을 제작하는 기술의 일종이며, 이러한 3차원 프린팅 기술은 상품을 내놓기 전 실제상품을 만드는 대신 실제상품과 똑같은 시제품을 생산하여 실제 상품의 문제점을 알아보는데 널리 사용되고 있다.

3차원 프린팅 기술을 간단히 설명하면, 만들고자 하는 대상이 되는 물건을 3차원 스캐닝을 통해 이미지 데이터로 저장한 다음, 그 입체적으로 그려진 물건을 마치 미분하듯이 가로로 1만 개 이상 잘라 분석한 후 아주 얇은 막(레이어)을 한 층씩 쌓아 물건의 바닥부터 꼭대기까지 완성하는 프로세스로 이루어진다.

이러한 연속적 적층 방식을 통한 고품질, 고속의 3차원 입체 제작을 위해서는 고도의 재료 경화 기술이 전제되어야 하는데, 위 재료 경화 기술로는 통상 열(Fused Deposition Modeling: FDM), 레이저(Selective laser sintering: SLS), UV 광(Stereolithography Apparatus: SLA)을 이용한 방식이 통상 사용되고 있다.

위 경화 방식 중 UV 광을 이용한 경화 방식은 다른 방식에 비해 소요 시간 및 생산 유지비에 대한 부담이 상대적으로 덜할 뿐 아니라 고품질의 츨력물 획득이 가능하여 선호되고 있으며, 통상 광이 확산되는 램프 타입의 광경화기(광다이오드)를 사용하여 일정 범위의 영역을 광으로 조사하는 방법을 사용하고 있다.

그러나 이러한 방법에 따르면 광경화기로부터 거리가 멀어짐에 따라 광량이 급격히 감소하게 되며, 이에 따라 급격한 효율 저하가 발생한다는 문제가 있다. 또한 넓은 경화 범위를 커버하기 위해서는 광다이오드의 개수도 그만큼 늘려야 하므로 소비전력이 증가하는 문제가 있다.

공개특허공보 제10-2014-0146689호 (2014.12.29)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 헤드 조립체에 광경화기를 설치하여 인쇄 과정에서 광경화기가 이루어지도록 함으로써, 경화 면적에 따른 제약 없이 적은 광량으로도 경화 효율을 극대화할 수 있는 광경화 방안을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위해 본 발명은 3차원 프린팅을 위한 적층 물질을 토출하는 헤드와, 상기 헤드에서 토출된 적층 물질에 광을 조사하여 상기 적층 물질을 경화시키기 위한 광경화기와, 상기 헤드에 설치되며 상기 광경화기가 상기 헤드를 중심으로 선회 이동하도록 상기 광경화기를 회전 구동시키는 회전 구동부와, 상기 헤드의 프린팅 경로에 따라 상기 광경화기의 위치가 조절되도록 상기 회전 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 3차원 프린팅 헤드 조립체를 개시한다.

본 발명의 3차원 프린팅 헤드 조립체에 따르면, 상기 광경화기는 상기 헤드의 프린팅 지점에 스팟 형태로 집광시키는 스팟형 광경화기일 수 있으며, 상기 광경화기는 광의 조사 방향이 상기 헤드의 프린팅 지점을 향하도록 광이 발사되는 단부가 절곡된 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 3차원 프린팅 헤드 조립체에 따르면, 상기 광경화기는 상기 헤드에 회전 가능하게 설치된 암의 단부에 설치되며, 상기 회전 구동부는 상기 헤드와 암의 사이에 설치될 수 있다.

본 발명의 3차원 프린팅 헤드 조립체에 따르면, 상기 제어부는 상기 광경화기를 상기 프린팅 경로의 후방에 위치시켜 상기 프린팅 경로를 뒤따르도록 상기 회전 구동부를 동작시킬 수 있다.

본 발명의 3차원 프린팅 헤드 조립체에 따르면, 상기 제어부는 상기 헤드를 이동시키는 헤드 구동부 또는 상기 적층 물질이 토출되는 베드를 이동시키는 베드 구동부로부터 인가받은 프린팅 경로 정보를 근거로 상기 회전 구동부의 동작을 제어하거나, 프린팅 경로 정보가 미리 저장된 메모리로부터 인가된 정보를 근거로 상기 회전 구동부의 동작을 제어할 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 헤드 조립체에 스팟형 광경화기를 회전 가능하게 설치하고 헤드의 프린팅 경로에 따라 광경화기의 위치를 제어하여 프린팅 과정에서 광경화가 가능하게 한 효과가 있다.

이에 따르면, 경화 면적에 따른 제약이 없으며 종래 기술에 비해 소요되는 광경화기의 개수를 줄일 수 있어 경화 효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 헤드 조립체를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 3차원 프린팅 헤드 조립체의 평면도.
도 3은 본 발명의 3차원 프린팅 헤드 조립체의 작동 상태의 일 예를 나타낸 도면.

이하, 본 발명과 관련된 광경화기를 구비하는 3차원 프린팅 헤드 조립체에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 헤드 조립체를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 3차원 프린팅 헤드 조립체의 평면도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 3차원 프린팅 헤드 조립체는 헤드(110), 광경화기(120), 회전 구동부(130), 제어부(140)를 포함한다.

헤드(110)는 3차원 프린팅을 위한 적층 물질(예를 들면, UV 수지)을 토출하기 위한 것으로서, 내부에 적층 물질을 수용하기 위한 공간을 구비하며, 그 단부에 적층 물질의 분사를 위한 분사구를 구비한다.

광경화기(120)는 헤드(110)에서 토출된 적층 물질에 광(예를 들면, UV 광)을 조사하여 적층 물질을 경화시킨다. 본 발명에 따르면 광경화기(120)로서 헤드(110)의 프린팅 지점(F)에 스팟 형태로 집광시키는 스팟형 광경화기를 사용하여 국소적인 지역에 광이 집중시킴으로써 경화 효율을 향상시켰다. 광경화기(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 광의 조사 방향이 헤드(110)의 프린팅 지점을 향하도록 광이 발사되는 단부가 절곡된 형태를 가질 수 있다.

회전 구동부(130)는 헤드(110)에 설치되며, 광경화기(120)가 헤드(110)를 중심으로 선회 이동하도록 광경화기(120)를 회전 구동시킨다. 본 실시예에 따르면, 광경화기(120)는 헤드(110)에 회전 가능하게 설치된 암(150)의 단부에 설치되며, 회전 구동부(130)는 헤드(110)와 암(150)의 사이에 설치될 수 있다. 회전 구동부(130)는 모터의 형태로서 동력전달수단에 의해 암(150)을 회전시키도록 구성될 수 있다.

제어부(140)는 헤드(110)의 프린팅 경로에 따라 광경화기(120)의 위치가 조절되도록 회전 구동부(130)의 동작을 제어한다. 예를 들면, 제어부(140)는 광경화기(120)를 프린팅 경로의 후방에 위치시켜 광경화기(120)가 프린팅 경로를 뒤따르도록 회전 구동부(130)를 동작시킬 수 있다.

헤드(110)는 프린팅 공정이 이루어지는(즉, 적층 물질이 토출되는) 베드(또는 스테이지) 위에서 이동할 수 있게 구성 가능하다. 이러한 경우 헤드(110)는 이를 이동시키기 위한 헤드 구동부(160)에 연결된다. 제어부(140)는 헤드 구동부(160)로부터 프린팅 경로 정보, 즉 헤드(110)의 이동 방향에 대한 정보를 인가받으며, 이를 근거로 회전 구동부(130)의 동작을 제어한다.

헤드(110)가 베드에 대해 이동 가능하게 구성된 3차원 프린팅 시스템뿐 아니라 헤드(110)가 고정된 상태에서 베드가 이동하거나 헤드(110)와 베드가 모두 이동 가능하게 구성되는 것도 가능한데, 이러한 경우 제어부(140)는 베드를 이동시키는 베드 구동부(170)로부터 인가받은 프린팅 경로 정보를 근거로 회전 구동부(130)의 동작을 제어한다.

이러한 실시간 제어 방식뿐 아니라 제어부(140)는 프린팅 경로 정보가 미리 저장된 메모리 등의 저장 장치로부터 인가된 정보를 근거로 회전 구동부(130)의 동작을 제어할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 3차원 프린팅 헤드 조립체의 작동 상태의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 3은 헤드(110)의 프린팅 경로(P)로서 도면의 좌측에서 우측으로 진행한 후 전방으로 꺾어서 진행하는 것을 예시하고 있다.

이에 따르면 헤드(110)가 좌측에서 우측으로 이동하는 경우, 광경화기(120)가 좌측에서 우측을 향하는 프린팅 경로(P)의 후방, 즉, 헤드(110)의 좌측에 위치하도록 위치 제어된다. 이에 따라 헤드(110)의 프린팅과 동시에 광경화가 이루어지게 된다.

그리고 헤드(110)의 진행 경로가 바뀌는 부분에서, 암(150)이 회전 운동하여 광경화기(120)가 헤드(110)의 후방에 위치하도록 제어되며, 헤드(110)가 전방으로 직선 이동하는 경우 광경화기(120)가 헤드(110)의 후방에 위치하여 헤드(110)의 프린팅 경로를 뒤따르게 된다.

이상에서 설명한 3차원 광경화기를 구비하는 3차원 프린팅 헤드 조립체는 위에서 설명된 실시예의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.

Claims

3차원 프린팅을 위한 적층 물질을 토출하는 헤드;
상기 헤드에서 토출된 적층 물질에 광을 조사하여 상기 적층 물질을 경화시키기 위한 광경화기;
상기 헤드에 설치되며, 상기 광경화기가 상기 헤드를 중심으로 선회 이동하도록 상기 광경화기를 회전 구동시키는 회전 구동부; 및
상기 헤드의 프린팅 경로에 따라 상기 광경화기의 위치가 조절되도록 상기 회전 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 3차원 프린팅 헤드 조립체.
제1항에 있어서,
상기 광경화기는 상기 헤드의 프린팅 지점에 스팟 형태로 집광시키는 스팟형 광경화기인 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 헤드 조립체.
제2항에 있어서,
상기 광경화기는 광의 조사 방향이 상기 헤드의 프린팅 지점을 향하도록 광이 발사되는 단부가 절곡된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 헤드 조립체.
제1항에 있어서,
상기 광경화기는 상기 헤드에 회전 가능하게 설치된 암의 단부에 설치되며,
상기 회전 구동부는 상기 헤드와 암의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 헤드 조립체.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 광경화기를 상기 프린팅 경로의 후방에 위치시켜 상기 프린팅 경로를 뒤따르도록 상기 회전 구동부를 동작시키는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 헤드 조립체.
제5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 헤드를 이동시키는 헤드 구동부 또는 상기 적층 물질이 토출되는 베드를 이동시키는 베드 구동부로부터 인가받은 프린팅 경로 정보를 근거로 상기 회전 구동부의 동작을 제어하거나, 프린팅 경로 정보가 미리 저장된 메모리로부터 인가된 정보를 근거로 상기 회전 구동부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 헤드 조립체.