KR20170098570A

KR20170098570A - 레진 수위 감지 수조를 구비한 3d프린터 시스템

Info

Publication number: KR20170098570A
Application number: KR1020160020659A
Authority: KR
Inventors: 김광진
Original assignee: 김광진
Priority date: 2016-02-22
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2017-08-30
Also published as: KR101860077B1

Abstract

본 발명에 따른 레진 수위 감지 수조를 구비한 3D프린터 시스템은, 레진(R)을 내부에 담지하는 광투과성 재질의 수조(100); 상기 수조(100)의 하면으로 레이저를 조사하는 레이저 모듈(200); 상기 수조(200)의 상면에 위치하고, 인쇄물(320)을 받쳐주는 지지대(310)의 형성 및 인쇄물(320)을 수조(100) 상면으로 견인하는 빌딩 플렛폼(300);을 포함하는 3D 프린터에 있어서, 상기 레이저 모듈(200)와 연결되고, 인쇄물(320)의 형상 데이터를 입력하여, 인쇄물(320)에 소요되는 레진(R)의 정확한 소모량을 계측하는 계측모듈(400); 상기 계측모듈(400)과 연결되고, 상기 수조(100)의 일측면에 장착되어, 상기 계측모듈(400)에서 연산된 레진(R)의 소모량 대비 채워야 할 수조(100)의 레진(R)수위를 시각적으로 사용자에게 표출하는 디지털 눈금 모듈(410); 상기 계측모듈(400)과 연결되고, 상기 수조(100)의 내면 일측에 장착되어, 수조(100) 내면에 채워지는 레진(R)의 수위를 감지하는 레진 수위 감지센서(420); 및 상기 레진 수위 감지센서(420)와 연결되어 상기 계측모듈(400)에서 연산된 레진(R)의 소모량 대비 수조(100)담지 레진(R)의 수위가 오버될 경우 경고하는 수위 오버 경고 모듈(430);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레진 수위 감지 수조를 구비한 3D프린터 시스템{THREE DIMENSIONAL PRINTER SYSTEM WITH RESIN LEVEL SENSING APPARATUS}

본 발명은 3D프린터 중, 플라스틱 액체를 이용한 쾌속조형 방식의 레진 소모량을 정확하게 측정하기 위한 레진 소모량 측정방법에 의하여 도출된 레진 소모량을 이용하여 정확한 레진의 양을 수용하기 위한 레진 담지 수조를 구비한 3D프린터 시스템에 관한 것이다.

3차원 프린터는 상품을 내놓기 전 시제품을 만들기 위해 개발되어, 실제 상품에 어떤 문제점이 있는지 알아보기 위하여 실제상품을 만드는 대신 3차원 프린터를 이용하여 실제상품과 똑같은 시제품을 생산하여, 비용과 시간을 절약하며 실제상품의 문제점을 알아볼 수 있기 때문에 대기업과 공장에서 사용하기 시작했다.

이러한 3차원 프린터는 캐드시스템과 같은 소프트웨어를 통해 모델링된 3차원 형상을 복수의 얇은 단면 층으로 분할한 슬라이스 데이터로 변경한 후에 이를 사용하여 판형 시트를 조형하고, 이를 적층하여 조형물을 완성한다. 이렇게 판 형태의 시트를 조형하는 방법으로 쾌속조형 방식이 개발되어있다.

이러한 쾌속조형 방식에는 석고나 나일론 등의 가루를 사용하는 파우더를 이용한 쾌속조형 방식, 광경화성 플라스틱을 녹인 액체(레진)를 사용하는 플라스틱 액체를 이용한 쾌속조형 방식, 플라스틱을 실처럼 자아낸 고체를 사용하는 플라스틱 실을 이용한 쾌속조형 방식으로 나눌 수 있다.

그 중에서도, 플라스틱 액체를 이용한 쾌속조형 방식은 광이 닿으면 딱딱하게 굳는 광경화성 수지가 담긴 수조에 광을 조사하여, 광이 조사된 광경화성 수지는 광의 모양에 따라 굳어 얇은 판형 시트가 생성되면 이를 적층하는 방식으로서, 크게 규제 액체면 방식과 자유 액체면 방식이 있다.

규제 액체면 방식은 투명 플레이트로 형성된 바닥면을 가진 수조의 하부에서 광을 조사하고, 수조에 베드를 위치시켜 수조 내에서 수지를 경화시킨다. 이어서, 경화된 수지경화물이 부착된 베드를 상향으로 이송시키면서 수지경화물을 형성시켜 적층하는 방식이다. 이러한 규제 액체면 방식은 조형물의 크기가 크거나, 형상이 단조롭지않은 경우, 베드가 상향으로 이송됨에 따라 조형물의 처침이 발생하여 조형물을 지지할 수 있는 지지대도 함께 조형해야하는데, 조형물이 완성되면 지지대를 제거해야 하며, 지지대 제거 시 많은 주의가 필요하다.

자유 액체면 방식은 광경화성 수지를 저장한 수조 내에 베드를 설치하고, 베드 상면에 위치한 수지에 광을 조사하여 베드에 수지경화물을 형성한다. 이어서, 수지경화물이 형성된 베드를 단계적으로 침하시킨 다음 수지경화물층을 같은 방법으로 형성시켜 적층시키는 방식이다. 이러한 자유 액체면 방식은 가공시 수조에 상당량의 광경화성 수지가 저장되어있어야 하므로, 요구되는 수지의 투입량이 많다는 문제점이 있었다.

또한, 상기한 규제 액체면 방식과 자유 액체면 방식은 조형물이 수지를 저장한 수조 내에서 경화가 되어 수지가 굳을 경우 수지를 전부 버려야 하고 경화되는데 오랜 시간이 걸리는 문제점이 있었다.

KR 10-1407048 B1

JP 2012106437 A

KR10-2007-0103230 A

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은, 광경화를 위한 레이저의 이동거리를 측정하여 레이저 이동거리를 바탕으로 정확한 레진 소모량을 산출하고, 이러한 레진 소모량을 이용하여 정확한 레진의 양을 수용하기 위한 레진 담지 수조를 구비하여 고가의 레진의 낭비를 막고 효율적으로 3D프린팅을 실시할 수 있는 3D프린터 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레진 수위 감지 수조를 구비한 3D프린터 시스템은, 레진(R)을 내부에 담지하는 광투과성 재질의 수조(100); 상기 수조(100)의 하면으로 레이저를 조사하는 레이저 모듈(200); 상기 수조(200)의 상면에 위치하고, 인쇄물(320)을 받쳐주는 지지대(310)의 형성 및 인쇄물(320)을 수조(100) 상면으로 견인하는 빌딩 플렛폼(300);을 포함하는 3D 프린터에 있어서, 상기 레이저 모듈(200)와 연결되고, 인쇄물(320)의 형상 데이터를 입력하여, 인쇄물(320)에 소요되는 레진(R)의 정확한 소모량을 계측하는 계측모듈(400); 상기 계측모듈(400)과 연결되고, 상기 수조(100)의 일측면에 장착되어, 상기 계측모듈(400)에서 연산된 레진(R)의 소모량 대비 채워야 할 수조(100)의 레진(R)수위를 시각적으로 사용자에게 표출하는 디지털 눈금 모듈(410); 상기 계측모듈(400)과 연결되고, 상기 수조(100)의 내면 일측에 장착되어, 수조(100) 내면에 채워지는 레진(R)의 수위를 감지하는 레진 수위 감지센서(420); 및 상기 레진 수위 감지센서(420)와 연결되어 상기 계측모듈(400)에서 연산된 레진(R)의 소모량 대비 수조(100)담지 레진(R)의 수위가 오버될 경우 경고하는 수위 오버 경고 모듈(430);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명은 계측모듈(400)에 의하여 연산된 레진(R)의 소모량에 따라, 수조(100)의 측면에 형성된 디지털 눈금 모듈(410)을 통하여 사용자가 명확하게 수조(100)에 채워야할 레진(R)의 양을 식별할 수 있도록 하여 정확한 레진(R)주입이 가능하도록 하며, 수조(100)내부의 레진 수위 감지센서(420)와 이와 연결된 수위 오버 경고 모듈(430)을 통하여 사용자가 레진(R)을 낭비하지 못하도록 가이드 해 줌으로써, 기존 방식에서 문제 되었던 고가의 레진(R)의 낭비를 막고 효율적인 3D프린팅을 실시할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레진 수위 감지 수조를 구비한 3D프린터 시스템의 전체 구성도이다;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계측모듈의 레진 소모량 산출 알고리즘의 순서도이다;

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 레진 수위 감지 수조를 구비한 3D프린터 시스템은, 레진(R)을 내부에 담지하는 광투과성 재질의 수조(100); 상기 수조(100)의 하면으로 레이저를 조사하는 레이저 모듈(200); 상기 수조(200)의 상면에 위치하고, 인쇄물(320)을 받쳐주는 지지대(310)의 형성 및 인쇄물(320)을 수조(100) 상면으로 견인하는 빌딩 플렛폼(300);을 포함하는 3D 프린터에 있어서, 상기 레이저 모듈(200)와 연결되고, 인쇄물(320)의 형상 데이터를 입력하여, 인쇄물(320)에 소요되는 레진(R)의 정확한 소모량을 계측하는 계측모듈(400); 상기 계측모듈(400)과 연결되고, 상기 수조(100)의 일측면에 장착되어, 상기 계측모듈(400)에서 연산된 레진(R)의 소모량 대비 채워야 할 수조(100)의 레진(R)수위를 시각적으로 사용자에게 표출하는 디지털 눈금 모듈(410); 상기 계측모듈(400)과 연결되고, 상기 수조(100)의 내면 일측에 장착되어, 수조(100) 내면에 채워지는 레진(R)의 수위를 감지하는 레진 수위 감지센서(420); 및 상기 레진 수위 감지센서(420)와 연결되어 상기 계측모듈(400)에서 연산된 레진(R)의 소모량 대비 수조(100)담지 레진(R)의 수위가 오버될 경우 경고하는 수위 오버 경고 모듈(430);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 수조(100)는 하부의 레이저 모듈(200)에서 조사되는 레이저를 레진(R)에 전달하기 위한 광투과성의 투명재질로 이루어지며, 이러한 수조(100)의 외벽 일측면에 상기 계측모듈(400)에서 연산된 레진(R)의 소모량 대비 채워야 할 수조(100)의 레진(R)수위를 시각적으로 사용자에게 표출하는 디지털 눈금 모듈(410)을 부착한다.

이 때, 상기 디지털 눈금 모듈(410)은, 수조(100)의 측면에 부착되는 광투과성 재질의 디지털 디스플레이로써, 상기 수조(100)내부의 레진(R)의 수위와 눈금을 동시에 비교 확인 할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 수위 오버 경고 모듈(430)은, 청각적으로 사용자에게 경고음을 알려주는 스피커의 형태이거나, 시각적으로 경광을 발광하는 램프의 형태이거나, 상기 스피커 및 램프의 형태를 모두 취하도록 하여, 사용자가 레진(R)을 넘치거나, 낭비하지 못하도록 인식 하게 할 수 있다.

다음으로, 도 2를 참고하면, 상기 계측모듈(400)의 레진 소모량 측정방법은, 인쇄할 인쇄물(320)의 입체 형상 데이터를 입력하는 입체 형상 데이터 입력단계(S100); 인쇄할 인쇄물(320)을 출력하기 위한 레진(R)의 성분 및 물성값을 입력하는 레진 물성 입력단계(S200); 상기 입체 형상 데이터 입력단계(S100)에서 입력된 입체 형상 데이터를 이용하여 인쇄할 인쇄물(320)을 단면 층으로 분할한 슬라이스 데이터를 생성하는 슬라이스 데이터 생성단계(S300); 상기 슬라이스 데이터 생성단계(S300)에 의하여 생성된 슬라이스 데이터를 이용하여 각 단면층에서 레이저가 이동할 좌표를 확인하는 단면층 레이저 이동좌표 확인단계(S400); 상기 레이저 이동좌표 확인단계(S400)에 의하여 확인된 각 좌표를 통하여 각 단면층에서의 레이저 이동거리 총합을 연산하는 단면층 레이저 이동거리 연산단계(S500); 상기 단면층 레이저 이동거리 연산단계(S500)에 의하여 연산된 각 단면층 레이저 이동거리 데이터 및 각 단면층의 두께 데이터를 이용하여 인쇄물(320)전체 부피를 연산하는 인쇄물 부피연산 단계(S600); 상기 인쇄물 부피연산 단계(S600)에서 연산된 인쇄물 부피데이터와 상기 레진 물성 입력단계(S200)에 의하여 입력된 레진(R)의 물성 중 비중 데이터를 이용하여 인쇄물 부피 대비 필요한 레진(R)의 소모량을 연산하는 레진 소모량 연산단계(S700);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, SLA 방식은 Stereolithography의 약자로, optical fabrication이나, photo-solidification, 또는 solid free form fabrication 등으로 알려진 3D프린팅 방식으로써, 도 1에서 보는 바와 같이, 광경화성 액체(레진(R))가 담긴 수조(100)에 레이저 모듈(200)에서 조사된 레이저를 투사하여 경화시키는 방법으로 적층해 나가는 방식으로, 인쇄물(320)과 인쇄물(320)을 받쳐주는 지지대(310)는 빌딩 플렛폼(300)에 조형되고, 한층 한층 적층될 때 마다 상기 빌딩 플렛폼(300)이 상향으로 움직이면서 다음 적층 위치를 제시하게 되며, 이러한 빌딩 플렛폼(300)의 구동과 레이저 조사를 연속적으로 거쳐 3D프린팅 인쇄물(320)이 완성된다.

이러한 방식을 위하여 수조(100)에 담지 되어 있는 레진(R)의 경우, 광이 닿으면 딱딱하게 굳는 광경화성으로, 액체상태의 레진(R) 1리터당 약 149달러 정도의 고가의 재료로써, 레진(R)의 정확한 소모량을 알 수 없는 경우, 다량을 수조(100)안에 넉넉히 담지 시켜 인쇄를 하여야 하므로, 인쇄물(320)의 인쇄가 끝나고 레진(R)이 남는 경우, 이를 재활용 하거나 버려지게 되고, 재활용의 경우에는 재활용 과정에서 유입되는 불순물의 유입에 의하여 앤쇄물(320)의 품질이 저하되는 등의 문제를 야기 시켰다.

이에 본 발명은 상기에서와 같이, 입체 형상 데이터를 이용하여 인쇄할 인쇄물(320)을 단면 층으로 분할한 슬라이스 데이터를 통하여 각 슬라이스 데이터에서 레이저가 이동하여야 할 거리를 측정하고, 이러한 측정값의 합과 각 층의 두께 데이터를 이용하여 인쇄물(320)의 전체 부피를 연산하여 이를 레진(R)의 비중값에 대입함으로써 레진(R)의 정확한 소모량을 산출 할 수 있도록 하는 것이다.

이를 위하여 먼저, 인쇄할 인쇄물(320)의 입체 형상 데이터 및 레진(R)의 성분 및 물성값을 입력하는 입체 형상 데이터 입력단계(S100) 및 레진 물성 입력단계(S200)를 거치게 되고, 다음으로, 상기 입체 형상 데이터 입력단계(S100)에서 입력된 입체 형상 데이터를 이용하여 인쇄할 인쇄물(320)을 단면 층으로 분할한 슬라이스 데이터를 생성하는 슬라이스 데이터 생성단계(S300)에 의하여 슬라이스 데이터를 생성한다.

이러한 슬라이스 데이터의 경우, 수조(100)의 평면을 x, y 좌표로 설정하고 각 단면의 인쇄영역을 지정하는 데이터로써 레이저가 조사해야 할 영역을 x, y좌표로 나타낸 데이터이다.

또한, 상기 슬라이스 데이터 생성단계(S300)는, 사용자가 사용자가 슬라이스를 위한 두께값을 설정하는 슬라이스 두께 데이터 입력단계(S310);를 더 포함하여, 상기 인쇄물 부피연산 단계(S600)에서 상기 슬라이스 두께 데이터 입력단계(S310)에 의한 슬라이스 두께를 통한 부피연산을 수행한다.

즉, 사용자가 슬라이스를 위한 두께를 설정할 수 있는데, 이러한 두께의 경우, z값을 나타내며, 두께 데이터를 포함한 슬라이스 데이터를 이용하여 레이저의 x, y, z좌표를 연산할 수 있다.

다음으로, 상기 슬라이스 데이터 생성단계(S300)에 의하여 생성된 슬라이스 데이터를 이용하여 각 단면층에서 레이저가 이동할 좌표를 확인하는 단면층 레이저 이동좌표 확인단계(S400)를 거치는데, 즉, 상기 x, y 좌표값을 통하여 레이저의 이동좌표를 확인한다.

이 후, 상기 레이저 이동좌표 확인단계(S400)에 의하여 확인된 각 좌표를 통하여 각 단면층에서의 레이저 이동거리 총합을 연산하는 단면층 레이저 이동거리 연산단계(S500)에 의하여 각좌표를 잇는 레이저의 실 이동거리를 연산한다.

따라서, 이러한, 레이저 이동좌표 확인단계(S400)는 각 단면층의 레이저 이동거리를 정확하게 구할 수 있어 각 단면층의 인쇄물(320) 부피를 정확하게 계측이 가능한데, 이러한 각 단면층 레이저 이동거리 데이터 및 각 단면층의 두께 데이터를 이용하여 인쇄물(320)전체 부피를 연산하는 인쇄물 부피연산 단계(S600)에 의하여 최종 인쇄물(320)의 총 부피를 구할 수 있다.

다음으로, 상기 레진 물성 입력단계(S200)에 의하여 입력된 레진(R)의 물성 중 비중 데이터를 이용하여 인쇄물 부피 대비 필요한 레진(R)의 소모량을 연산하는 레진 소모량 연산단계(S700)를 통하여 레진(R)의 정확한 소모량 연산이 가능하다.

따라서, 레진의 비중을 이용하여 상기 인쇄물 부피연산 단계(S600)에서 연산된 인쇄물(320)의 총 부피에 레진(R)의 동일한 부피를 대입할 경우, 필요한 레진(R)의 무게를 구할 수 있으며, 이러한 무게를 통한 수조(100)에 담지 시킬 레진(R)의 정확한 소모량이 파악 가능하다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims

레진(R)을 내부에 담지하는 광투과성 재질의 수조(100); 상기 수조(100)의 하면으로 레이저를 조사하는 레이저 모듈(200); 상기 수조(200)의 상면에 위치하고, 인쇄물(320)을 받쳐주는 지지대(310)의 형성 및 인쇄물(320)을 수조(100) 상면으로 견인하는 빌딩 플렛폼(300);을 포함하는 3D 프린터에 있어서,
상기 레이저 모듈(200)와 연결되고, 인쇄물(320)의 형상 데이터를 입력하여, 인쇄물(320)에 소요되는 레진(R)의 정확한 소모량을 계측하는 계측모듈(400);
상기 계측모듈(400)과 연결되고, 상기 수조(100)의 일측면에 장착되어, 상기 계측모듈(400)에서 연산된 레진(R)의 소모량 대비 채워야 할 수조(100)의 레진(R)수위를 시각적으로 사용자에게 표출하는 디지털 눈금 모듈(410);
상기 계측모듈(400)과 연결되고, 상기 수조(100)의 내면 일측에 장착되어, 수조(100) 내면에 채워지는 레진(R)의 수위를 감지하는 레진 수위 감지센서(420); 및
상기 레진 수위 감지센서(420)와 연결되어 상기 계측모듈(400)에서 연산된 레진(R)의 소모량 대비 수조(100)담지 레진(R)의 수위가 오버될 경우 경고하는 수위 오버 경고 모듈(430);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레진 수위 감지 수조를 구비한 3D프린터 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 계측모듈(400)은,
인쇄할 인쇄물(320)의 입체 형상 데이터를 입력하는 입체 형상 데이터 입력단계(S100);
인쇄할 인쇄물(320)을 출력하기 위한 레진(R)의 성분 및 물성값을 입력하는 레진 물성 입력단계(S200);
상기 입체 형상 데이터 입력단계(S100)에서 입력된 입체 형상 데이터를 이용하여 인쇄할 인쇄물(320)을 단면 층으로 분할한 슬라이스 데이터를 생성하는 슬라이스 데이터 생성단계(S300);
상기 슬라이스 데이터 생성단계(S300)에 의하여 생성된 슬라이스 데이터를 이용하여 각 단면층에서 레이저가 이동할 좌표를 확인하는 단면층 레이저 이동좌표 확인단계(S400);
상기 레이저 이동좌표 확인단계(S400)에 의하여 확인된 각 좌표를 통하여 각 단면층에서의 레이저 이동거리 총합을 연산하는 단면층 레이저 이동거리 연산단계(S500);
상기 단면층 레이저 이동거리 연산단계(S500)에 의하여 연산된 각 단면층 레이저 이동거리 데이터 및 각 단면층의 두께 데이터를 이용하여 인쇄물(320)전체 부피를 연산하는 인쇄물 부피연산 단계(S600);
상기 인쇄물 부피연산 단계(S600)에서 연산된 인쇄물 부피데이터와 상기 레진 물성 입력단계(S200)에 의하여 입력된 레진(R)의 물성 중 비중 데이터를 이용하여 인쇄물 부피 대비 필요한 레진(R)의 소모량을 연산하는 레진 소모량 연산단계(S700);를 포함하는 알고리즘으로 레진(R)의 소모량을 계측하는 것을 특징으로 하는 레진 수위 감지 수조를 구비한 3D프린터 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 디지털 눈금 모듈(410)은, 수조(100)의 측면에 부착되는 광투과성 재질의 디지털 디스플레이로써, 상기 수조(100)내부의 레진(R)의 수위와 눈금을 동시에 비교 확인 할 수 있는 것을 특징으로 하는 레진 수위 감지 수조를 구비한 3D프린터 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 수위 오버 경고 모듈(430)은, 청각적으로 사용자에게 경고음을 알려주는 스피커의 형태이거나, 시각적으로 경광을 발광하는 램프의 형태이거나, 상기 스피커 및 램프의 형태를 모두 취하는 것을 특징으로 하는 레진 수위 감지 수조를 구비한 3D프린터 시스템.