KR20170005337A

KR20170005337A - 자동 노광 제어 기능을 갖는 3차원 프린터

Info

Publication number: KR20170005337A
Application number: KR1020150095345A
Authority: KR
Inventors: 진광식
Original assignee: 진광식
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2017-01-12
Also published as: KR101766327B1

Abstract

자동 노광 제어 기능을 갖는 3차원 프린터가 개시된다. 일 실시 예에 있어서, 상기 3차원 프린터는 광경화성 수지가 배치되는 용기, 상기 광경화성 수지의 적어도 일부에 선택적으로 광을 인가하여 상기 광경화성 수지의 상기 적어도 일부를 경화하는 광원을 포함하는 프로젝터, 상기 프로젝터에 인접하여 배치되며 상기 광원이 상기 광경화성 수지의 상기 적어도 일부에 인가하는 상기 광의 세기, 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나를 측정하는 센서, 상기 광경화성 수지의 종류별로 상기 광경화성 수지의 경화를 위해 상기 광경화성 수지에 인가되는 상기 광의 노광 시간을 저장하는 데이터베이스 및 상기 센서가 측정한 상기 광의 상기 세기, 상기 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나에 대응되는 상기 노광 시간을 상기 데이터베이스로부터 추출하며, 사용자의 입력명령 또는 미리 설정된 프로그램에 따라 상기 프로젝터를 제어하여 상기 광이 상기 노광 시간 동안 상기 광경화성 수지의 상기 적어도 일부에 인가되도록 하는 제어부를 포함한다. 상기 데이터베이스는 상기 광경화성 수지의 상기 종류별로 상기 광의 상기 세기, 상기 광의 상기 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나에 대응되도록 상기 노광 시간을 저장한다.

Description

자동 노광 제어 기능을 갖는 3차원 프린터{three-dimensional printer with automatic exposure control}

본 명세서는 대체로 3차원 프린터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 자동 노광 제어 기능을 갖는 DLP(digital light processing) 방식의 3차원 프린터에 관한 것이다.

3차원 프린터는 3차원 입체 물건을 만들어 내는 프린터를 말한다. 3차원 프린터의 원리는 크게 절삭형, 적층형의 두 가지 방식으로 구분할 수 있다. 절삭형은 덩어리 형상의 재료를 깎거나 갈아내서 원하는 3차원 형상의 입체 물건을 얻는 방식이여, 적층형은 얇은 층을 적층하여 원하는 3차원 형상의 조형물을 구현하는 방식이다.

적층형 방식으로는 FDM(fused deposition modeling) 방식, DLP(digital light processing) 방식, SLA(stereo lithography apparatus) 방식, SLS(selective laser sintering) 방식 등이 있다. FDM 방식은 플라스틱 등의 소재를 한 층씩 적층하여 3차원 형상의 조형물을 구현하는 방식이다. DLP 방식은 프로젝터에서 제공되는 자외선(UV light) 등의 광원을 이용하여 광경화성 수지를 조금씩 굳혀가며 3차원 형상의 조형물을 구현하는 방식이다. SLA 방식은 레이저프린팅 방식이며, 레이저를 이용하여 자외선에 경화되는 자외선 레진을 통하여 3차원 형상의 조형물을 구현하는 방식이다. SLA 방식은 DLP 방식과 함께 액체 기반 광조형 방식으로 구분될 수 있다. SLS 방식은 분말소결방식으로 불리기도 하며, 레이저를 이용하여 분말을 녹여 이를 소결하는 방식으로 3차원 형상의 조형물을 구현하는 방식이다.

DLP 방식의 경우 평면단위로 한 번에 조형이 가능하여 조형생성속도가 빠른 장점을 가진다. 또한, DLP 방식은 타 방식에 비하여 3차원 조형물의 품질이 좋은 장점을 가진다. DLP 방식은 3차원 형상의 조형물을 얻기 위해서 조형물의 기본 베이스(base)가 부착된 빌드트레이(build tray)를 이동하여 기본 베이스를 광경화성 수지가 담긴 용기(VAT)에 침지시킨다. 이후 DLP 프로젝터를 통하여 자외선 등의 광원을 광경화성 수지에 노광하면 수광한 광경화성 수지가 경화된다. 이를 단계별로 진행하여 기본 베이스에 연결되는 3차원 조형물이 얻어지는 방식이 DLP 방식이다. 최종적으로 3차원 조형물을 위한 노광이 완료되면, 빌드트레이를 이동하여 3차원 조형물을 용기 및 광경화성 수지에서 분리함으로써 3차원 조형물을 얻을 수 있다.

DLP 방식의 경우 프로젝터 광원의 반복적인 사용에 따라 광원의 세기(intensity), 파장(wavelength) 등이 초기에 설정된 값과 달라질 수 있다. 또한, 광경화성수지는 사용되는 광경화성수지 소재의 종류에 따라 경화되는 고유한 빛 파장과 빛 세기를 가질 수 있다. 이와 같이 초기 설정값의 변화를 반영하여 노광 시간 등의 노광 조건을 조절하지 않을 경우 출력물인 3차원 형상의 품질이 초기와는 달라진다는 문제가 있다. 이러한 이유로 DLP 방식의 3차원 프린터를 사용하는 사용자는 사용할 때 마다 미리 수동으로 광원의 세기, 파장 등을 확인한 후 노광 조건을 변경하여야 한다는 문제가 있다.

일 실시 예에 있어서, 자동 노광 제어 기능을 갖는 3차원 프린터가 개시(disclosure)된다. 상기 3차원 프린터는 광경화성 수지가 배치되는 용기, 상기 광경화성 수지의 적어도 일부에 선택적으로 광을 인가하여 상기 광경화성 수지의 상기 적어도 일부를 경화하는 광원을 포함하는 프로젝터, 상기 프로젝터에 인접하여 배치되며 상기 광원이 상기 광경화성 수지의 상기 적어도 일부에 인가하는 상기 광의 세기, 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나를 측정하는 센서, 상기 광경화성 수지의 종류별로 상기 광경화성 수지의 경화를 위해 상기 광경화성 수지에 인가되는 상기 광의 노광 시간을 저장하는 데이터베이스 및 상기 센서가 측정한 상기 광의 상기 세기, 상기 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나에 대응되는 상기 노광 시간을 상기 데이터베이스로부터 추출하며, 사용자의 입력명령 또는 미리 설정된 프로그램에 따라 상기 프로젝터를 제어하여 상기 광이 상기 노광 시간 동안 상기 광경화성 수지의 상기 적어도 일부에 인가되도록 하는 제어부를 포함한다. 상기 데이터베이스는 상기 광경화성 수지의 상기 종류별로 상기 광의 상기 세기, 상기 광의 상기 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나에 대응되도록 상기 노광 시간을 저장한다.

전술한 내용은 이후 보다 자세하게 기술되는 사항에 대해 간략화된 형태로 선택적인 개념만을 제공한다. 본 내용은 특허 청구 범위의 주요 특징 또는 필수적 특징을 한정하거나, 특허청구범위의 범위를 제한할 의도로 제공되는 것은 아니다.

도 1은 본 명세서에서 개시하는 자동 노광 제어 기능을 갖는 3차원 프린터의 개념도이다.
도 2는 본 명세서에서 개시하는 3차원 프린터에 사용되는 프로젝터의 개념도이다.

이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고 자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되어지며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막), 영역 및 형상을 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭, 길이, 두께 또는 형상 등은 과장되어 표현될 수도 있다.

일 구성요소가 다른 구성요소 "에 배치" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 배치되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.

개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용된 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석 될 수 없다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 3차원 프린터(100)는 용기(110), 프로젝터(120), 센서(130), 데이터베이스(140) 및 제어부(150)를 포함한다.

용기(110)에는 광경화성 수지(10)가 배치된다. 광원(122, 도 2 참조)이 인가하는 광을 광경화성 수지(10)에 제공할 수 있는 한 용기의 소재, 형상에는 제한이 없다. 일례로, 광원(122)으로부터 광경화성 수지(10)에 인가되는 상기 광의 경로에 대향하는 용기(110)의 면은 광투과성을 가지는 소재로 제작될 수 있다. 이하 설명의 편의상 광원(122)으로부터 광경화성 수지(10)에 인가되는 상기 광의 경로에 대향하는 용기(110)의 상기 면을 광투과면이라고 칭하기로 한다. 이 때, 상기 광투과면을 제외한 용기(110)의 나머지 면은 광차단성을 가지는 소재로 제작될 수 있다. 이를 통하여 용기(110)는 광원(122)이 인가하는 상기 광만을 광경화성 수지(10)에 제공할 수 있다. 광경화성 수지(10)는 예로서 베이스 수지, 반응성 희석제, 광중합 개시제 등을 혼합하여 제조될 수 있다. 이때, 광경화성 수지(10)에는 용도에 따라 광증감제, 착색제, 증점제, 중합 금지제 등의 첨가제가 첨가될 수 있다. 베이스 수지로는 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), PC(Polycarbonate), PP(Polypropylene) 등이 예로서 사용될 수 있다. 베이스 수지는 분자 골격의 구조에 따라 폴리에스테르계, 에폭시계, 우레탄계, 폴리에테르계, 폴리아크릴계 등으로 분류할 수도 있다. 광경화성 수지(10)는 예로서 Makejuice사, Madesolid사, B9creater사, (주)무등 등에서 생산되는 레진(resin) 제품 등이 사용될 수 있다

프로젝터(projector, 120)는 광경화성 수지(10)의 적어도 일부에 선택적으로 광을 인가하여 광경화성 수지(10)의 상기 적어도 일부를 경화하는 광원(122)을 포함한다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 프로젝터(120)는 선택적으로(optionally) 액정 장치(124, 도 2 참조)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 프로젝터(120)는 선택적으로 파장 가변 광 필터(126, 도 2 참조)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 프로젝터(120)는 선택적으로 투영 렌즈 시스템(128)을 더 포함할 수 있다.

광원(122)은 광경화성 수지(10)의 적어도 일부에 선택적으로 광을 인가하여 광경화성 수지(10)의 상기 적어도 일부를 경화한다. 광원(122)으로서 적외선, 가시광선, 자외선, 넓은 범위의 파장대를 갖는 백색광 등 다양한 광원이 사용될 수 있다. 일례로, 광원(122)으로서 적외선 광원을 사용하는 경우, 광경화성 수지(10)는 적외선에 선택적으로 반응하여 경화되는 광경화성 수지가 사용될 수 있다. 다른 예로, 광원(122)으로서 가시광선 광원을 사용하는 경우, 광경화성 수지(10)는 가시광선에 선택적으로 반응하여 경화되는 광경화성 수지가 사용될 수 있다. 또 다른 예로, 광원(122)으로서 자외선 광원을 사용하는 경우, 광경화성 수지(10)는 자외선에 선택적으로 반응하여 경화되는 광경화성 수지가 사용될 수 있다. 또 다른 예로, 광원(122)으로서 넓은 범위의 파장대를 가지는 백색광이 사용될 수도 있다. 이 경우, 후술하는 파장 가변 광 필터(126)를 통하여 사용자는 원하는 파장대역을 가지는 광을 선택할 수 있다. 한편, 광경화성 수지(10)에는 제공되는 광의 파장에 따른 경화를 촉진하거나, 경화를 유도하기 위해 광개시제가 추가로 첨가될 수 있다.

액정 장치(124)는 광원(122)이 제공하는 상기 광의 광경로 상에 배치되어 상기 광을 이미지 광으로 변경하여 광경화성 수지(10)의 상기 적어도 일부에 제공할 수 있다. 액정 장치(124)가 생성하는 이미지는 제어부(150)에 의하여 변경될 수 있다. 또한, 액정 장치(124)가 제공하는 상기 이미지 광의 세기는 제어부(150)에 의하여 조절될 수 있다. 일례로, 제어부(150)는 액정제어신호(154)를 통하여 액정 장치(124)에 포함되는 액정분자를 회전시켜 상기 이미지 광의 상기 세기를 조절할 수 있다. 광경화성 수지(10)에 인가되는 상기 광의 세기에 따라 광경화성 수지(10)가 경화되는 시간이 달라질 수 있다. 제어부(150)의 액정제어신호(154)를 통하여 상기 이미지 광의 상기 세기를 조절할 수 있어 광경화성 수지(10)의 경화 시간을 조절할 수 있다. 다시 말하면, 제어부(150)의 액정제어신호(154)를 통하여 상기 이미지 광의 상기 세기를 조절할 수 있어 광경화성 수지(10)의 상기 적어도 일부에 인가되는 상기 이미지 광의 노광 시간을 조절할 수 있다.

상기 이미지 광의 이미지는 3차원 형상(1)을 단면층으로 분할하여 얻어지는 복수의 슬라이스 이미지 데이터들 중에서 선택되는 어느 한 이미지 데이터에 대응될 수 있다. 상기 복수의 슬라이스 이미지 데이터들은 데이터베이스(140)에 저장될 수 있다. 제어부(150)는 데이터베이스(140)로부터 상기 복수의 슬라이스 이미지 데이터들을 추출할 수 있다. 상기 복수의 슬라이스 이미지 데이터들 중에서 순차적으로 배열되는 이미지 데이터를 각각 제1이미지 데이터 및 제2이미지 데이터라고 하자. 액정 장치(124)는 제어부(150)의 제어에 따라 상기 제1이미지 데이터에 대응되는 제1이미지를 생성할 수 있다. 이 경우, 액정 장치(124)가 생성하는 상기 제1이미지에 따라 광원(122)이 제공하는 광은 상기 제1이미지에 대응되는 제1이미지 광으로 변환된다. 변환된 상기 제1이미지 광은 광경화성 수지(10)에 제어부(150)에 의하여 제어되는 노광 시간 동안 제공된다. 이를 통하여 상기 제1이미지 광에 대응되는 경화된 패턴을 얻을 수 있다. 이후, 제어부(150)의 제어에 따라 빌드트레이(20, Build Tray)가 이동하며, 빌드트레이(20)의 이동에 따라 경화된 상기 제1이미지 광에 대응되는 상기 패턴도 함께 이동하게 된다. 이어서, 액정 장치(124)는 제어부(150)의 제어에 따라 상기 제2이미지 데이터에 대응되는 제2이미지를 생성할 수 있다. 이 경우, 액정 장치(124)가 생성하는 상기 제2이미지에 따라 광원(122)이 제공하는 광은 상기 제2이미지에 대응되는 제2이미지 광으로 변환된다. 변환된 상기 제2이미지 광은 광경화성 수지(10)에 제어부(150)에 의하여 제어되는 노광 시간 동안 제공된다. 이를 통하여 상기 제2이미지 광에 대응되는 경화된 패턴을 얻을 수 있다. 이를 반복함으로써 원하는 3차원 형상(1)을 얻을 수 있다. 여기에서 언급되는 빌드트레이(20)는 광원(122)과 대향하는 방향에 배치되며, 빌드트레이(20)에는 경화된 광경화성 수지(10)의 상기 적어도 일부의 일부분이 고정되는 부분을 의미한다.

파장 가변 광 필터(126)는 광원(122)이 제공하는 상기 광의 광경로 상에 배치되어 상기 광 또는 상기 이미지 광의 파장을 변경할 수 있다. 도면에는 상기 광의 상기 광경로를 기준으로 액정 장치(124) 후단에 배치된 파장 가변 광 필터(126)가 예로서 표현되어 있다. 이 경우, 파장 가변 광 필터(126)는 액정 장치(124)에 의하여 변경된 상기 이미지 광의 상기 파장을 변경할 수 있다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 파장 가변 광 필터(126)는 상기 광의 상기 광경로를 기준으로 액정 장치(124)의 전단에 배치될 수 있다. 이 경우, 파장 가변 광 필터(126)는 광원(122)이 제공하는 상기 광 중에서 원하는 파장대의 광을 선택하여 액정 장치(124)에 제공할 수 있다. 이후 액정 장치(124)는 선택된 파장대의 상기 광으로부터 상기 이미지 광을 생성할 수 있다. 파장 가변 광 필터(126)로서 여러 종류의 Optical band pass filter를 선택적으로 선택하는 필터, 프리즘 필터 등이 예로서 사용될 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 광원(122)이 제공하는 상기 광의 광경로 상에 배치되어 상기 광 또는 상기 이미지 광의 파장을 변경할 수 있는 한 파장 가변 광 필터(126)의 종류에는 제한이 없다.

도 2의 (b) 및 (c)에서 예로서 표현한 바와 같이, 파장 가변 광 필터(126)는 제어부(150)의 파장제어신호(156)에 의하여 광원(122)이 제공하는 상기 광 또는 액정 장치(124)가 제공하는 상기 이미지 광이 특정 파장을 갖도록 할 수 있다. 광경화성 수지(10)는 종류에 따라 특정 파장의 광에 민감하게 반응할 수 있다. 파장 가변 광 필터(126)를 통하여 광경화성 수지(10)의 상기 종류에 적합한 파장을 생성할 수 있다.

액정장치(124)를 통해 생성된 이미지 광은 투영 렌즈 시스템(128)에 의해 광경화성 수지(10)에 초점이 맞추어질 수 있다. 다르게는, 액정 장치(124) 및 파장 가변 광 필터(126)를 통해 생성된 파장 변환 이미지 광은 투영 렌즈 시스템(128)에 의해 광경화성 수지(10)에 초점이 맞추어질 수 있다.

센서(130)는 프로젝터(120)에 인접하여 배치되며, 광원(122)이 광경화성 수지(10)의 적어도 일부에 인가하는 광의 세기, 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나를 측정한다. 센서(130)는 예로서 분광기가 사용될 수 있다. 센서(130)가 측정한 상기 광의 상기 세기, 상기 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나는 제어부(150)에 제공된다.

데이터베이스(DB, 140)는 광경화성 수지(10)의 종류별로 광경화성 수지(10)의 경화를 위해 광경화성 수지(10)에 인가되는 광의 노광 시간을 저장한다. 일례로, 데이터베이스(140)는 광경화성 수지(10)의 상기 종류별로 상기 광의 세기, 상기 광의 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나에 대응되도록 상기 노광 시간을 저장할 수 있다. 한편, 데이터베이스(140)는 3차원 형상(1)을 단면층으로 분할하여 얻어지는 복수의 슬라이스 이미지 데이터들을 포함할 수 있다. 3차원 형상(1)은 본 명세서에서 개시하는 3차원 프린터를 통하여 얻어지는 입체 형상이며, 상기 입체 형상은 상기 복수의 슬라이스 이미지 데이터들로부터 순차적으로 슬라이스 이미지 데이터를 추출한 후 노광을 통하여 얻어질 수 있다.

상기의 예시는 노광 시간(t)에 대한 데이터베이스(140)의 구조를 예로서 보여주고 있다. 제어부(150)는 센서(130)로부터 측정된 상기 광의 상기 세기, 상기 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나를 수신하며, 데이터베이스(140)로부터 수신된 값에 대응되는 노광 시간(t)를 추출할 수 있으며, 추출된 상기 노광 시간(t) 동안 프로젝터(120)에서 생성되는 광이 광경화성 수지(10)에 인가되도록 할 수 있다.

상기의 예시는 액정제어신호(C, 154)에 대한 데이터베이스(140)의 구조를 예로서 보여주고 있다. 제어부(150)는 데이터베이스(140)에 저장된 복수의 슬라이스 이미지 데이터들로부터 노광 순서에 따라 슬라이스 이미지 데이터를 수신하고, 수신한 슬라이스 이미지 데이터로부터 액정제어신호(154)를 생성할 수 있다. 상기의 예시에는 데이터베이스(140)에 저장된 복수의 슬라이스 이미지 데이터들로서, 액정제어신호(C, 154)를 포함하는 슬라이스 이미지 데이터가 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 데이터베이스(140)에 저장된 복수의 슬라이스 이미지 데이터들은 음영값을 포함할 수도 있다. 상기 음영값의 범위는 예로서 0 내지 255일 수 있다. 이 경우, 제어부(150)는 상기 음영값으로부터 액정제어신호(154)를 생성하여 액정 장치(124)가 슬라이스 이미지를 표현하도록 제어할 수도 있다.

제어부(Control Unit, 150)는 센서(130)가 측정한 광의 세기, 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나에 대응되는 노광 시간을 데이터베이스(140)로부터 추출하며, 사용자의 입력명령 또는 미리 설정된 프로그램에 따라 프로젝터(120)를 제어하여 상기 광이 상기 노광 시간 동안 광경화성 수지(10)의 적어도 일부에 인가되도록 한다. 상기 사용자의 상기 입력명령은 예로서 도면에 도시된 바와 같이, 터치스크린(30)을 통하여 입력될 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기 사용자의 상기 입력명령은 키보드(미도시) 등 다른 입력수단을 통하여 입력될 수도 있다. 터치스크린(30)에는 센서(130)가 측정한 상기 광의 상기 세기, 상기 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나가 표시될 수 있다. 또한, 터치스크린(30)에는 노광을 통하여 얻어지는 3차원 형상(1), 현재 진행중인 노광 과정에 대응되는 슬라이스 이미지, 현재까지의 노광을 통하여 진행된 3차원 형상(1)의 중간 모습 등이 표시될 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 프로젝터(120)는 액정 장치(124)를 통하여 광원(122)이 제공하는 상기 광의 광경로 상에 배치되어 상기 광을 이미지 광으로 변경하여 광경화성 수지(10)의 상기 적어도 일부에 제공할 수 있다. 이를 통하여 광원(122)이 제공하는 상기 광은 상기 이미지광으로 변경되어 광경화성 수지(10)의 상기 적어도 일부에 제공될 수 있다. 다시 말하면, 제어부(150)는 데이터베이스(140)의 상기 복수의 슬라이스 이미지 데이터들로부터 상기 이미지 광의 이미지에 대응되는 슬라이스 이미지 데이터를 수신할 수 있다. 이후, 제어부(150)는 수신된 상기 슬라이스 이미지 데이터로부터 액정제어신호(154)를 생성하며, 생성된 액정제어신호(154)를 액정 장치(124)에 인가하여 액정 장치(124)에 상기 이미지 광의 상기 이미지가 표시되도록 할 수 있다. 이를 통하여 광원(122)이 생성하는 상기 광은 상기 이미지 광으로 변경되어 광경화성 수지(10)의 상기 적어도 일부에 제공될 수 있다. 이 경우, 센서(130)는 상기 이미지 광의 세기 및 파장을 측정할 수 있다. 제어부(150)는 데이터베이스(140)로부터 센서(130)가 측정한 상기 이미지 광의 상기 세기 및 상기 파장에 대응되는 노광 시간을 추출할 수 있다. 추출된 상기 노광 시간을 바탕으로 하여, 제어부(140)는 액정 장치(124)를 제어하여 액정 장치(124)가 표시하는 상기 이미지 광의 상기 이미지가 데이터베이스(140)로부터 추출된 상기 이미지 광의 상기 노광 시간 동안 유지되도록 제어할 수 있다. 이를 통하여, 본 명세서에서 개시하는 3차원 프린터(100)는 광원(122)의 빈번한 사용에 따라 광원(122)이 제공하는 상기 광의 상기 세기, 상기 파장이 변화하더라도 적절한 노광 시간을 자동으로 선택할 수 있어 출력물의 정밀도 또는 품질을 안정적으로 보장할 수 있다.

한편, 액정 장치(124)는 액정분자를 가지는 액정층(미도시)을 포함한다. 이 경우, 제어부(150)는 액정 장치(124)에 인가되는 액정제어신호(154)를 통하여 상기 액정층 내부에 배치되는 상기 액정분자를 회전시켜 상기 이미지 광의 상기 세기를 조절할 수 있다. 상기 액정분자를 회전시켜서 조절된 상기 이미지 광의 세기 및 파장은 센서(130)를 통하여 측정될 수 있다. 이후, 제어부(150)는 데이터베이스(140)로부터 상기 조절된 상기 이미지 광의 상기 세기 및 상기 파장에 대응되는 노광 시간을 추출할 수 있다. 추출된 상기 노광 시간을 바탕으로 하여, 제어부(140)는 액정 장치(124)를 제어하여 액정 장치(124)가 표시하는 상기 조절된 상기 이미지 광의 상기 이미지가 추출된 상기 조절된 상기 이미지 광의 상기 노광 시간 동안 유지되도록 제어할 수 있다. 이를 통하여, 본 명세서에서 개시하는 3차원 프린터(100)는 제어부(150)를 통한 상기 액정 분자의 회전을 통하여 광경화성 수지(10)에 제공되는 상기 이미지 광의 세기를 조절할 수 있다. 즉, 광원(122)의 변경 없이도 제어부(150)에 의한 액정 장치(124)의 조절만으로도 다양한 세기를 갖는 상기 이미지 광을 생성할 수 있어 출력물의 정밀도 또는 품질을 안정적으로 보장할 수 있다.

다른 실시 예에 있어서, 프로젝터(120)는 광원(122)이 제공하는 상기 광의 광경로 상에 배치되는 액정 장치(124)를 통하여 상기 광을 이미지 광으로 변경하여 광경화성 수지(10)의 상기 적어도 일부에 제공할 수 있다. 이 경우, 프로젝터(120)는 광원(122)이 제공하는 상기 광의 광경로 상에 배치되는 파장 가변 광 필터(126)를 통하여 상기 광 또는 상기 이미지 광의 파장을 변경할 수 있다. 즉, 광원(122)이 제공하는 상기 광은 액정 장치(124) 및 파장 가변 광 필터(126)를 경유하여 파장 변환 이미지 광으로 변환되어 광경화성 수지(10)의 상기 적어도 일부에 제공될 수 있다. 센서(130)는 상기 파장 변환 이미지 광의 세기 및 파장을 측정할 수 있다. 제어부(150)는 데이터베이스(140)로부터 상기 파장 변환 이미지 광의 상기 세기 및 상기 파장에 대응되는 노광 시간을 추출할 수 있다. 추출된 상기 노광 시간을 바탕으로 하여, 제어부(150)는 액정 장치(124)와 파장 가변 광 필터(126)를 제어하여 상기 파장 변환 이미지 광이 추출된 상기 파장 변환 이미지 광의 상기 노광 시간 동안 유지되도록 제어할 수 있다. 이를 통하여, 본 명세서에서 개시하는 3차원 프린터(100)는 광원(122)의 빈번한 사용에 따라 광원(122)이 제공하는 상기 광의 상기 세기, 상기 파장이 변화하더라도 적절한 노광 시간을 자동으로 선택할 수 있어 출력물의 정밀도 또는 품질을 안정적으로 보장할 수 있다.

한편, 액정 장치(124)는 액정분자를 가지는 액정층(미도시)을 포함한다. 이 경우, 제어부(150)는 액정 장치(124)에 인가되는 액정제어신호(154)를 통하여 상기 액정층 내부에 배치되는 상기 액정분자를 회전시켜 상기 파장 변환 이미지 광의 상기 세기를 조절할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 파장 가변 광 필터(126)를 제어하여 상기 파장 변환 이미지 광이 소정의 파장을 가지도록 조절할 수 있다. 제어부(150)에 의하여 조절된 상기 파장 변환 이미지 광의 상기 세기 및 상기 파장은 센서(130)에 의하여 측정될 수 있다. 이후, 제어부(150)는 데이터베이스(140)로부터 상기 조절된 상기 파장 변환 이미지광의 상기 세기 및 상기 파장에 대응되는 노광 시간을 추출할 수 있다. 추출된 상기 노광 시간을 바탕으로 하여, 제어부(150)는 액정 장치(124) 및 파장 가변 광 필터(126)를 제어하여 액정 장치(124)가 표시하는 상기 조절된 상기 파장 변환 이미지 광의 상기 이미지가 상기 소정의 파장에서 추출된 상기 조절된 상기 파장 변환 이미지 광의 상기 노광 시간 동안 유지되도록 제어할 수 있다.

일반적으로 광경화성 수지(10)는 종류별로 특정 파장대에서 반응하는 성향을 보인다. 따라서 광원(122)의 빈번한 사용에 따라 광원(122)이 제공하는 상기 광의 파장이 변화할 경우 상기 광의 세기 조절 또는 상기 광의 노광 시간 조절만으로는 원하는 정밀한 패턴을 얻기 어려운 경우가 왕왕 발생한다. 본 명세서에서 개시하는 3차원 프린터(100)는 파장 가변 광 필터(126)를 포함한다. 따라서 본 명세서에서 개시하는 3차원 프린터(100)는 파장 가변 광 필터(126)를 통하여 광경화성 수지(10)의 종류별로 적절한 파장을 가지는 이미지 광, 다시 말하면 파장 변환 이미지 광을 제공할 수 있다. 다시 말하면, 본 명세서에서 개시하는 3차원 프린터(100)는 제어부(150)를 통한 파장 가변 광 필터(126)의 제어로부터 사용하는 광경화성 수지(10)에 적합한 파장의 광을 제공할 수 있다. 이에 더하여, 제어부(150)를 통한 상기 액정 분자의 회전을 통하여 광경화성 수지(10)에 제공되는 상기 파장 변환 이미지 광의 세기를 조절할 수도 있다. 즉, 광원(122)의 변경 없이도 제어부(150)에 의한 액정 장치(124) 및 파장 가변 광 필터(126)의 조절만으로도 다양한 파장 및 세기를 갖는 상기 파장 변환 이미지 광을 생성할 수 있어 출력물의 정밀도 또는 품질을 안정적으로 보장할 수 있다.

상기로부터, 본 개시의 다양한 실시 예들이 예시를 위해 기술되었으며, 아울러 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고 개시되고 있는 상기 다양한 실시 예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것이 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.

10 : 광경화성 수지
20 : 빌드트레이
30 : 터치스크린
100 : 자동 노광 제어 기능을 갖는 3차원 프린터
110 : 용기
120 : 프로젝터
122 : 광원
124 : 액정 장치
126 : 파장 가변 광 필터
128 : 투영 렌즈 시스템
130 : 센서
140 : 데이터베이스
150 : 제어부
154 : 액정제어신호
156 : 파장제어신호

Claims

광경화성 수지가 배치되는 용기;
상기 광경화성 수지의 적어도 일부에 선택적으로 광을 인가하여 상기 광경화성 수지의 상기 적어도 일부를 경화하는 광원을 포함하는 프로젝터;
상기 프로젝터에 인접하여 배치되며, 상기 광원이 상기 광경화성 수지의 상기 적어도 일부에 인가하는 상기 광의 세기, 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나를 측정하는 센서;
상기 광경화성 수지의 종류별로 상기 광경화성 수지의 경화를 위해 상기 광경화성 수지에 인가되는 상기 광의 노광 시간을 저장하는 데이터베이스; 및
상기 센서가 측정한 상기 광의 상기 세기, 상기 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나에 대응되는 상기 노광 시간을 상기 데이터베이스로부터 추출하며, 사용자의 입력명령 또는 미리 설정된 프로그램에 따라 상기 프로젝터를 제어하여 상기 광이 상기 노광 시간 동안 상기 광경화성 수지의 상기 적어도 일부에 인가되도록 하는 제어부를 포함하되,
상기 데이터베이스는 상기 광경화성 수지의 상기 종류별로 상기 광의 상기 세기, 상기 광의 상기 파장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나에 대응되도록 상기 노광 시간을 저장하는 자동 노광 제어 기능을 갖는 3차원 프린터.
제1항에 있어서,
상기 데이터베이스는 3차원 형상을 단면층으로 분할하여 얻어지는 복수의 슬라이스 이미지 데이터들을 포함하며,
상기 프로젝터는 상기 광원이 제공하는 상기 광의 광경로 상에 배치되어 상기 광을 이미지 광으로 변경하여 상기 광경화성 수지의 상기 적어도 일부에 제공하는 액정 장치를 포함하되,
상기 제어부는 상기 데이터베이스의 상기 복수의 슬라이스 이미지 데이터들로부터 상기 이미지 광의 이미지에 대응되는 슬라이스 이미지 데이터를 수신하고, 수신된 상기 슬라이스 이미지 데이터로부터 액정제어신호를 생성하며, 생성된 상기 액정제어신호를 상기 액정 장치에 인가하여 상기 액정 장치에 상기 이미지 광의 상기 이미지가 표시되도록 하며, 이를 통하여 상기 광은 상기 이미지 광으로 변경되어 상기 광경화성 수지의 상기 적어도 일부에 제공되되,
상기 센서는 상기 이미지 광의 세기 및 파장을 측정하며,
상기 제어부는 상기 데이터베이스로부터 상기 이미지 광의 상기 세기 및 상기 파장에 대응되는 노광 시간을 추출하며,
상기 제어부는 상기 액정 장치를 제어하여 상기 액정 장치가 표시하는 상기 이미지 광의 상기 이미지가 추출된 상기 이미지 광의 상기 노광 시간 동안 유지되도록 제어하는 자동 노광 제어 기능을 갖는 3차원 프린터.
제2항에 있어서,
상기 액정 장치는 액정분자를 가지는 액정층을 포함하며,
상기 제어부는 상기 액정 장치에 인가되는 상기 액정제어신호를 통하여 상기 액정층 내부에 배치되는 상기 액정분자를 회전시켜 상기 이미지 광의 상기 세기를 조절하며,
상기 센서는 상기 제어부에 의하여 조절된 상기 이미지 광의 상기 세기 및 상기 파장을 측정하며,
상기 제어부는 상기 데이터베이스로부터 상기 조절된 상기 이미지 광의 상기 세기 및 상기 파장에 대응되는 노광 시간을 추출하며,
상기 제어부는 상기 액정 장치를 제어하여 상기 액정 장치가 표시하는 상기 조절된 상기 이미지 광의 상기 이미지가 추출된 상기 조절된 상기 이미지 광의 상기 노광 시간 동안 유지되도록 제어하는 자동 노광 제어 기능을 갖는 3차원 프린터.
제2항에 있어서,
상기 프로젝터는 상기 광원이 제공하는 상기 광의 광경로 상에 배치되어 상기 광 또는 상기 이미지 광의 파장을 변경하는 파장 가변 광 필터를 포함하되,
상기 광원이 제공하는 상기 광은 상기 액정 장치 및 상기 파장 가변 광 필터를 경유하여 파장 변환 이미지 광으로 변환되어 상기 광경화성 수지의 상기 적어도 일부에 제공되며,
상기 센서는 상기 파장 변환 이미지 광의 세기 및 파장을 측정하며,
상기 제어부는 상기 데이터베이스로부터 상기 파장 변환 이미지 광의 상기 세기 및 상기 파장에 대응되는 노광 시간을 추출하며,
상기 제어부는 상기 액정 장치와 상기 파장 가변 광 필터를 제어하여 상기 파장 변환 이미지 광이 추출된 상기 파장 변환 이미지 광의 상기 노광 시간 동안 유지되도록 제어하는 자동 노광 제어 기능을 갖는 3차원 프린터.
제4항에 있어서,
상기 액정 장치는 액정분자를 가지는 액정층을 포함하며,
상기 제어부는 상기 액정 장치에 인가되는 상기 액정제어신호를 통하여 상기 액정층 내부에 배치되는 상기 액정분자를 회전시켜 상기 파장 변환 이미지 광의 상기 세기를 조절하며,
상기 제어부는 상기 파장 가변 광 필터를 제어하여 상기 파장 변환 이미지 광이 소정의 파장을 가지도록 조절하며,
상기 센서는 상기 제어부에 의하여 조절된 상기 파장 변환 이미지 광의 상기 세기 및 상기 파장을 측정하며,
상기 제어부는 상기 데이터베이스로부터 상기 조절된 상기 파장 변환 이미지광의 상기 세기 및 상기 파장에 대응되는 노광 시간을 추출하며,
상기 제어부는 상기 액정 장치 및 상기 파장 가변 광 필터를 제어하여 상기 액정 장치가 표시하는 상기 조절된 상기 파장 변환 이미지 광의 상기 이미지가 상기 소정의 파장에서 추출된 상기 조절된 상기 파장 변환 이미지 광의 상기 노광 시간 동안 유지되도록 제어하는 자동 노광 제어 기능을 갖는 3차원 프린터.