KR20170098768A - 3d 프린터용 이형 수조 - Google Patents

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김준오
심민섭
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Abstract

본 발명은 3D 프린터에서 광경화수지를 저장하는데 이용되는 3D 프린터용 수조에 관한 것으로서, 수조의 적어도 일부분이 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 이루어짐으로써, 이형제를 코팅하지 않고도 성형품의 분리가 용이하게 이루어질 수 있고, 또한 수조의 제작 공정이 간단해지고 제작비용도 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

3D 프린터용 이형 수조{Resin tank being capable releasing for 3D printer}
본 발명은 SLA 방식, DLP 방식 등의 3D 프린터에서 광경화수지를 저장하는데 이용되는 3D 프린터용 수조에 관한 것이다.
21세기 첨단기술의 총아로 손꼽히는 3D 프린터는 컴퓨터 설계 프로그램으로 만든 3차원 데이터를 바탕으로 실물의 입체 모양 그대로 성형품을 제작할 수 있는 프린터이다.
3D 프린터는 열에 녹는 고체 플라스틱 소재를 실타래처럼 뽑아 이것을 조금씩 녹여가며 쌓는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을 비롯하여, 광경화수지에 레이저 광을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(StereoLithography Apparatus) 방식, SLA 방식에서 광경화수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하며 레이저 광선을 주사하여 고결시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS(Slective Laser Sintering) 방식, 광경화수지가 저장된 저장조의 하부로 광을 조사하여 부분적으로 경화되는 원리를 이용한 DLP(Digital Light Processing) 방식 등이 있다.
이 중에서 SLA 방식 및 DLP 방식의 3D 프린터는 모두 광경화성 액상수지를 이용하는데, 광경화성 액상수지를 저장하면서 광이 투과되는 투명 수조가 이용된다.
투명 수조는 통상 아크릴, PC, 유리 등의 재질로 제작되어 사용되고 있다. 이러한 재질로 이루어진 투명 수조는 성형물 경화 후에 이형성이 떨어지기 때문에 실리콘, 테프론 필름 등 이형제를 코팅하여 사용하고 있다.
그러나, 상기와 같이 투명 수조 내에 별도의 이형제를 코팅하게 되면, 코팅 비용이 추가로 소요되고, 또한 수조 제작 공정도 추가되어, 결과적으로 수조 제작 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 또한, 투명 수조 내에 이형제를 균일하게 코팅하는 작업도 쉽지 않은 문제점이 있다.
또한, 투명 수조 내에 이형제를 코팅하게 되면, 3D 프린팅 후에 경화된 수지(성형물)에 의해 이형제가 뜯겨나가는 현상이 자주 발생하는데, 이로 인하여 수조의 수명이 줄어드는 문제가 발생함은 물론 3D 프린팅 성형물에도 손상이 발생할 있는 문제점도 있다.
이상 설명한 배경기술의 내용은 이 건 출원의 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
KR 등록특허 10-1406900호 KR 등록특허 10-1533374호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 폴리메틸펜텐(TPX) 수지를 사용하여 수조를 제작함으로써 이형제를 코팅하지 않고도 성형품의 분리가 용이하게 이루어질 수 있고, 또한 수조의 제작 공정이 간단해지고 제작비용도 절감할 수 있는 3D 프린터용 이형 수조를 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 3D 프린터용 이형 수조는, 광경화성 수지를 담는 용기형 구조로 이루어진 3D 프린터용 수조에 있어서, 상기 수조는 적어도 일부분이 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 수조는 그 내부에서 제작되는 성형물이 지지되는 부분이 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 수조는 용기형 구조로 이루어지고, 이 용기형 구조에서 바닥면이 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 이루어지는 것도 가능하다.
또한, 상기 수조는 전체가 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 사출 성형되어 제작되어 구성되는 것도 가능하다.
또한, 상기 수조는 그 내부에 성형물을 지지하는 프린팅 베드가 포함될 경우에, 상기 프린팅 베드 중 적어도 일부분은 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 제작되어 구성되는 것도 가능하다.
상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 이형 수조는 폴리메틸펜텐(TPX) 수지를 사용하여 제작되기 때문에 이형제를 코팅하지 않고도 성형품의 분리가 용이하게 이루어져 성형성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 이형제를 코팅하지 않으므로 수조의 전체 제작 공정이 간단해지고 제작비용도 절감할 수 있고, 바닥 뜯김 문제를 해결하여 수조의 사용 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 경제성 및 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 DLP 방식의 3D 프린터에 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 수조가 적용된 상태가 도시된 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 수조를 이용한 성형물 형성 과정 및 성형물 분리 과정이 도시된 참고도이다.
도 5는 일반 수조를 이용할 경우에 나타나는 문제를 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이형 수조가 도시된 단면도이다.
도 7은 SLA 방식의 3D 프린터에 본 발명에 따른 이형 수조가 적용된 상태가 도시된 구성도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 DLP 방식의 3D 프린터에 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 수조가 적용된 상태가 도시된 구성도이다.
DLP 방식의 3D 프린터는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 광경화성 수지(R)가 저장되는 이형 수조(10)와, 이 이형 수조(10)의 상부에 위치되어 성형물(F)을 지지하는 프린팅 베드(20)와, 이형 수조(10)의 하부에서 수지를 경화시키는 광을 조사하는 광원(30)으로 이루어진다.
여기서, 상기 프린팅 베드(20)는 이형 수조(10)의 상부에서 성형물(F)을 지지할 수 있도록 주변 구조물에 고정되어 설치된다.
또한, 광원(30)은 광경화성 수지(R)를 경화시키는 레이저를 조사하는 DLP 프로젝터로 구성될 수 있다.
이러한 프린팅 베드(20) 및 광원(30)은 DLP 방식의 3D 프린터의 공지된 구성이므로 구체적인 설명은 생략한다. 또한 광원(30)과 이형 수조(10) 사이에는 광 조사 방향을 조절하는 미러가 설치될 수 있으며, 이와 같은 구성 요소 외에 DLP 방식의 3D 프린터에 필요한 공지의 구성이 포함되어 구성될 수 있다.
상기 이형 수조(10)에 대하여 설명한다.
이형 수조(10)는 광경화성 수지(R)를 담을 수 있도록 용기형 구조로 이루어진다. 용기형 구조의 형상은 상부가 개방된 육면체형, 원통형 등 실시 조건에 따라 다양하게 구성할 수 있다.
이러한 이형 수조(10)는 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 사출 성형되어 제작된다.
폴리메틸펜텐(TPX 또는, 폴리 -4- 메틸펜텐-1) 수지는 투명한 내열성 폴리올레핀계 수지로서, 1956년 이탈리아 몬테카치나사의 너터에 의해 발견된 폴리올레핀의 하나로써 약칭 TPX는 Transparent Polymer X로부터 유래된 것이다.
폴리메틸펜텐(TPX) 수지는 아래 [화학식 1]과 같은 화학식을 갖는데, 결정성 폴리머 중에서 유일한 투명성을 나타내고, 가시광선 투과율은 90% 이상인 성질을 갖으며, 자외선의 투과율도 유리나 다른 수지에 비해 우수하다.
Figure pat00001
특히, 폴리메틸펜텐(TPX) 수지는 표면 장력은 24dyne/cm로 불소수지에 이어서 작고 우수한 이형성을 가지고 있고, 성형 가공성이 뛰어나 통상의 사출성형기로 성형할 수 있다.
이와 같은 성질은 갖는 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 사출 성형되어 제작된 이형 수조(10)를 DLP 방식의 3D 프린터에 적용하여 이용할 경우에 대해, 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2에서와 같이 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 제작된 이형 수조(10) 내에 열경화성 수지(R)를 넣고, 광원(30)을 통해 광을 조사하여 수지를 차례로 경화시켜 원하는 성형물(F)을 출력하여 제작한다. 이때 이형 수조(10)는 분리장치를 구성하는 베이스 플레이트(41)의 상부에 위치된다.
이후, 성형물(F)을 이형 수조(10)에서 분리하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이 분리장치의 모터(43)를 구동하여 베이스 플레이트(41)의 한쪽 높이를 달리하면, 베이스 플레이트(41)가 힌지(45)를 중심으로 회전하면서 경사지게 위치되고, 이때 도 3 및 도 4에서와 같이 이형 수조(10)도 함께 경사지게 위치되면서 프린팅 베드(20)에 지지된 성형물(F)이 떨어지게 된다.
여기서, 도 5를 참조하면, 기존 이형 필름 등 이형제(5)가 코팅된 수조(1)의 경우에는 성형물(F)을 분리하는 과정에서 이형제(5)가 뜯기는 현상이 발생한다.
하지만, 본 발명에 따른 이형 수조(10)는 이형성이 우수한 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 제작되어 있으므로, 도 4에서와 같이 성형물(F)이 이형 수조(10)에 붙어서 뜯기는 현상이 발생하지 않고, 이형 수조(10)로부터 원활하게 분리될 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 수조(10)는 수조 전체가 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 제작된 것을 중심으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 이형 수조의 일부분 즉, 성형물(F)이 지지되는 부분 등만 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 이루어지게 구성하는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이형 수조가 도시된 단면도이다.
도 6에 도시된 다른 실시예의 이형 수조(10A)는 수조의 바닥부(11)만 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 제작되고, 수조의 둘레면을 구성하는 벽면부(15)는 다른 투명 수지재로 제작된다.
즉, 벽면부(15)는 아크릴, PC, 유리 등으로 투명 소재로 제작되고, 바닥부(11)는 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 제작되어, 벽면부(15)와 바닥부(11)를 상호 부착하여 결합시키는 구조로 이형 수조(10A)를 구성하는 것이다.
이와 같이 바닥부(11)만 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 제작하여도 성형품 제작 후 성형품 분리는 원활하게 이루어질 수 있게 된다.
여기서, 상기 벽면부(15)는 필요에 따라서는 투명 소재가 아닌 불투명 소재(수지, 유리, 금속재 등)를 이용하여 구성하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시예에서는 바닥부(11) 전체가 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 제작된 것을 설명하였으나, 실시 조건에 따라서는 광이 투과되는 부분과 성형품이 지지되는 부분만을 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 제작하여, 다른 소재로 이루어진 부분과 결합시켜 구성하는 것도 가능하다.
이제, SLA 방식의 3D 프린터에 본 발명에 따른 이형 수조가 적용된 상태를 도 7을 참조하여 설명한다.
SLA 방식의 3D 프린터는 이형 수조(10B) 내에 광경화성 수지(R)를 저장하고, 이형 수조(10B) 하부에서 레이저 조사기(51)를 통해 조사된 레이저를 다이내믹 미러(55)를 통해 조절하면서 광경화성 수지(R)를 경화시켜 원하는 성형물(F)을 제작하도록 구성된다.
이형 수조(10B)는 앞서 설명한 DLP 방식의 3D 프린터에서와 같이 전체 또는 일부분이 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 제작되어 구성된다.
이러한 SLA 방식의 3D 프린터에서도 도 3에서와 같은 모터(43), 베이스 플레이트(41) 등으로 이루어진 분리장치를 통해 이형 수조(10B)에서 성형물(F)을 분리할 때, 성형물(F)이 이형 수조(10B)에 붙어서 뜯기는 현상이 발생하지 않고, 이형 수조(10B)로부터 원활하게 분리될 수 있게 된다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10, 10A 10B : 이형 수조
11 : 바닥부 15 : 벽면부
20 : 프린팅 베드 30 : 광원
41 : 베이스 플레이트 43 : 모터
45 : 힌지 51 : 레이저 조사기
55 : 다이내믹 미러 60 : 프린팅 베드
R : 광경화성 수지 F : 성형물

Claims (2)

  1. 광경화성 수지를 담는 용기형 구조로 이루어진 3D 프린터용 수조에 있어서,
    상기 수조는 벽면부와 바닥부를 갖는 용기형 구조로 이루어지되;
    상기 벽면부는 불투명 소재로 이루어지고,
    상기 바닥부는 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 이루어지며,
    상기 벽면부와 바닥부는 상호 부착하여 결합되고,
    상기 벽면부는 수지, 유리, 금속재 중 어느 하나의 소재를 이용하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 이형 수조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수조는 그 내부에 성형물을 지지하는 프린팅 베드가 포함되고,
    상기 프린팅 베드 중 적어도 일부분은 폴리메틸펜텐(TPX) 수지로 제작된 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 이형 수조.
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KR102141650B1 (ko) * 2019-02-19 2020-08-06 주식회사 오디에스 액체 기반형 3d 프린터용 수지조

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