KR20170102667A - 3d 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 빛을 보내는 곳과 받는 곳의 거리를 최대한 줄여 빛의 분산을 막고 밑바닥 전체에 일정한 빛이 보내면, 3D 모델의 슬라이스면을 거의 1:1로 받아들일 수 있는 3D 프린터에 관한 것이다.
본 발명은 빛에 반응하여 액체에서 고체로 변하거나, UV에 의해 변하는 액체 레진으로서, 빛에 의해 고체가 되어 형성되고, 상기 고체를 한층 한층 쌓아 올라가도록, 상기 액체 레진을 일정 모터의 힘으로 끌어 올리는 물체를 끌어 올리는 기구; CPU를 통해 슬라이싱한 정보를 포함하는 프로그램 명령어를 전달받아 한컷 한컷 순서가 바뀌면서 일련하여 출력하는 액정 모니터; 슬라이싱한 정보를 포함하는 프로그램 명령에 따라 액정 모니터에 한컷 한컷 순서가 바뀌도록 일련하여 디스플레이하도록 제어하기 위해, 특정 단말기를 통해 디자인된 컴퓨터로 3D 작업 후 일련번호에 따라 일정 간격으로 슬라이싱한 형태를 디지털화하여 입력받는 CPU;를 포함한다.

Description

3D 프린터{3d printer}

본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 빛을 보내는 곳과 받는 곳의 거리를 최대한 줄여 빛의 분산을 막고 밑바닥 전체에 일정한 빛이 보내면, 3D 모델의 슬라이스면을 거의 1:1로 받아들일 수 있는 3D 프린터에 관한 것이다.

근래에 물체에 대한 3D 데이터를 이용하여 그 물건을 그대로 성형할 수 있는 3D 프린터의 사용이 증대되고 있다. 이러한 3D 프린터는 과거에는 대량생산 이전의 모델링이나 샘플 제작과 같은 용도로 활용되었으나, 금후로는 다품종 소량생산 제품을 중심으로 양산가능한 제품의 성형에도 사용될 수 있는 기술적 기반이 조성되고 있어서 앞으로 3D 프린터 시장은 확대일로에 있다.

3D 프린터의 제품성형 방식은 크게 대상물체를 2차원의 평면형태로 성형한 것을 3차원으로 적층하면서 용융 부착하여 형태를 만들어가는 이른바 첨가형과, 재료덩어리를 조각하듯이 절삭해서 형태를 만들어가는 절삭형이 있다.

그리고 첨가형의 일종으로 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트를 공급릴과 이송롤을 통해 공급하고 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치조절되는 3차원이송기구에 장착된 히터노즐에서 용융시켜서 배출함으로써 2차원 평면형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형하는 필라멘트 용융 적층 성형방법이 있다.

현재 가장 널리 대중화된 3D 프린터는 PLA(Poly Lactic Acid), ABS(Acrylonitrile Butadience Styrene) 소재의 필라멘트를 용융 적층하는 성형방법을 사용하고 있다. 최근에는 상기 적층 방식의 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식의 3d 프린터가 가장 널리 사용되고 있으며, 저가형의 보급모델이 많이 생산되고 있다.

예를 들어, 종래 발명은 입상형의 재료를 수용하는 재료공급용기와, 상기 재료공급용기의 상부에 설치되는 공급모터와, 상기 공급모터의 회전축에 결합되고 재료공급용기의 내부에 수용되어, 입상형의 재료를 하방으로 가압하여 송급노즐로 공급하는 공급스크류와, 상기 재료공급용기의 하방에 결합되며, 공급스크류에 의해 가압되어 공급된 입상의 재료를 용융하는 히팅부와, 상기 히팅부에서 용융된 재료가 노즐 하방의 배출구로 배출되기 전에 고화되도록 냉각하는 냉각부를 포함하는 송급노즐과, 상기 송급노즐에서 냉각되어 연속적으로 배출되는 필라멘트형의 재료를 압출헤드까지 안내하는 송급튜브; 및 상기 송급튜브를 통해 필라멘트형의 재료를 공급받아, 제품을 성형할 수 있는 용융된 상태로 배출하는 압출헤드 등을 포함한다.

또한 도 1과 도 2에서 보는 바와 같이, 고가의 프로젝트빔을 사용 하는 3D 프린터의 경우 기계장비가 고가인 반면에 크기가 확장될 경우 기술적으로 한계가 있어 대형 3D 모델을 성형하기 어려운 문제점이 있었다.

이러한 이유는 크기가 확장될 경우 빛의 각도와 분산 등의 문제점을 해결하기 못하였기 때문이다.

예를 들어, 프로젝트빔(11)을 멀리 두면 빛(10)은 퍼지므로 사이즈는 크게 형상된 물체(12, 18)를 끌어 올리는 기구(15)를 통해 작업할 수 있으나 빛을 보내는 곳을 1이라 하고 빛을 받는 곳은 10이라 하면 빛이 분산되어 빛을 받는 곳에서는 중앙과 모서리 부분의 광량이 일정하지 않아 중앙 쪽은 잘 경화 되나 모서리 끝 쪽은 경화가 잘 안되어 제품을 정밀하게 완성하지 못하여 특히 악세사리 공정에서 사용될 수 없기 때문이다.

또한 기술적으로 3d 프린터의 사이즈를 크게 만드는 기술을 가졌다 해도 프로젝트 빔을 멀리 두고 빛을 보내야 하는데 이러한 경우 기계장비 또한 같이 커져야 하는 단점도 있었다.

한국공개특허 제2015-0126120호 한국공개특허 제2015-0127710호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 작은 사이즈로도 정밀하게 빛을 보내는 곳과 받는 곳의 거리를 최대한 줄여 빛의 분산을 막고 밑바닥 전체에 일정한 빛이 보내면, 3D 모델의 슬라이스면을 거의 1:1로 받아들일 수 있는 3D 프린터를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 빛에 반응하여 액체에서 고체로 변하거나, UV에 의해 변하는 액체 레진으로서, 빛에 의해 고체가 되어 형성되고, 상기 고체를 한층 한층 쌓아 올라가도록, 상기 액체 레진을 일정 모터의 힘으로 끌어 올리는 물체를 끌어 올리는 기구; CPU를 통해 슬라이싱한 정보를 포함하는 프로그램 명령어를 전달받아 한컷 한컷 순서가 바뀌면서 일련하여 출력하는 액정 모니터; 슬라이싱한 정보를 포함하는 프로그램 명령에 따라 액정 모니터에 한컷 한컷 순서가 바뀌도록 일련하여 디스플레이하도록 제어하기 위해, 특정 단말기를 통해 디자인된 컴퓨터로 3D 작업 후 일련번호에 따라 일정 간격으로 슬라이싱한 형태를 디지털화하여 입력받는 CPU;를 포함한다.

상기 액정 모니터 상측면에 형성되어 빛의 직진성을 도와 주는.파티션;을 더 포함한다.

상기 3D 프린터를 통해 상기 액체 레진을 고체로 만들면서 0.02mm~0.05mm 일정한 높이로 위로 상승하면서 형상을 만들어 한층씩 올라가도록 한다.

상기 3D 프린터를 통해 악세사리를 생산할 경우, 케드 디자인 단계, 슬라이싱 출력 단계; 악세사리 주물 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 빛을 보내는 곳과 받는 곳의 거리를 최대한 줄여 빛의 분산을 막고 밑바닥 전체에 일정한 빛이 보내면, 3D 모델의 슬라이스면을 거의 1:1로 받아들일 수 있고, 이론상 3D 모델의 프린트 사이즈는 얼마든지 늘릴 수 있다 .

또한 본 발명은 빛을 받아들이는 상판 액정 모니터에서 최대한 가까이 형상이 만들어져 빛의 퍼짐 현상을 최대한 줄여 액체 레진을 경화 할 수 있다.

또한 본 발명은 귀금속 악세사리 제조 공장에서 사용시 3d 출력기에서 바로 생산하여 생산가공에 투입하므로 인건비를 대폭으로 줄일 수 있다.

도 1은 종래 발명에 따른 3D 프린터의 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 종래 발명에 따른 3D 프린터의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 3D 프린터의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 3D 프린터의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 다른 형태를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 3D 프린터의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

본 발명은 빛에 반응하여 액체에서 고체로 변하는 액체 레진(122->120), 액정 모니터 또는 영사기나 프로젝트, 빔(101) 또는 액정 모니터(110, 111)에서 발산하는 불빛(100), CPU(160) 등으로 구성된다.

이 외에도 본 발명은 액체 레진 재료공급용기와, 액체 레진 재료 공급모터와, 제품을 성형할 수 있는 용융된 상태로 배출하는 압출헤드 등을 추가로 장착할 수도 있다

액체 레진(122)은 빛에 반응하여 액체에서 고체로 변하거나, UV에 의해 변하는 액체 레진일 수 있다.

또한 액체 레진(122)이 빛에 의해 고체가 되어 형상된 물체를 끌어 올리는 기구(150)에 붙은 상태로 한층 한층 쌓아 올라간다.

즉, 본 발명은 종래의 영사기와는 달리 액정 모니터(110, 111) 아래 전체에서 일정한 간격으로 빛이 나온다.

상기 CPU(160)를 통해 슬라이싱한 정보를 포함하는 프로그램 명령에 따라 액정 모니터(110, 111)에 한컷 한컷 순서가 바뀌도록 일련하여 디스플레이하여 악세사리 등을 완성한다.

왜냐하면 액정 모니터(110, 111)에서 원격지에서 나오는 종래의 불빛은 빛이 분산되어 슬라이싱 컷한 화면이 나와도 빛이 퍼짐현상 때문에 빛에 직진성이 없으므로 정확한 표현이 안된다.

이를 해결하기 위해 본 발명은 액정 모니터(110, 111) 상측면에 파티션(190)을 만들어 주어 빛의 직진성을 도와 준다. 여기에서 파티션 측면에 일정 홈을 일정하게 형성시켜 빛의 산란을 막을 수도 있다.

따라서 액정 모니터(110, 111)에 투명 부분은 빛이 통과하여 액체 레진이 반응하여 고채로 만들고 검정색 부분은 빛이 차단되어 액체 레진에 반응이 안가는 상태가 된다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 슬라이싱 된 영상이 상판 액정 모니터를 통해 일정 시간 간격으로 영상이 바뀔 때마다 하측부의 LED(101)가 온/오프 반복되면서 일련화된 번호 순서 대로 한 컷 두 컷 넘어갈 때마다 빛이 액체 레진에 전달되어 경화되거나 빛이 전달 안되어 경화되지 않는다.

컴퓨터로 3D 작업 후 디자인 된 3D 형태를 슬라이싱하여 디지털화한 후 3D 프린터기에 입력하여 CPU(160)를 통하여 한 층 한 층 빛을 주입하여 고체로 만들면서 예를 들어, 0.02mm~0.05mm 일정한 높이로 위로상승하면서 형상을 만들어 올라간다.

본 발명의 액체 레진(122)이 빛에 의해 고체가 되어 기구에 붙은 상태로 한층 한층 쌓아 올라간다.

예를 들어, 컴퓨터로 3D 작업 후 디자인 된 3D를 슬라이싱 하여 3D 프린터기에 입력하여 영사기를 통하여 한층 한층 빛을 주입하여 액체 레진(122)을 고체로 만들면서 0.02mm~0.05mm 일정한 높이로 위로 상승하면서 형상을 만들어 한층씩 올라가도록 한다.

특정 단말기를 통해 디자인된 3D 모델 작업 후 상기 모델에 일련번호에 따라 일정 간격으로 슬라이싱한 형태를 본 발명의 CPU(160)에 디지털화하여 입력하여 상판 액정 모니터에 일련번호에 따라 한층 한층 빛을 출력하여 고체로 만들면서 0.02mm~0.05mm 일정한 높이로 위로상승하면서 형상을 만들어 올라간다.

위에서부터 슬라이싱한 슬라이싱부재를 001부터 번호를 붙여 예를 들어 124번 까지 단층의 슬라이싱부재로 번호 순대로 일련하여 형태를 생성한 다음 001~124번컷을 한장씩 번호순 대로 CPU(160)에 입력 해 주면 일정 시간을 두고 반복적으로 CPU(160)에서 액정 모니터로 보내준다.

이 때, 검정부분은 액정에서 빛을 차단 하고, 백색 부분은 빛을 통과하여 액체 레진에 직접적으로 빛을 받게 하여 경화시킨다.

도 6에 도시된 바와 같이 예를 들어 슬라이싱부재 001번에 따른 빛을 주고 일정한 높이로 올리고 002번 빛을 주고 일정한 높이로 올리고 순번 따라 반복적으로 작업하면 3D형상이 완성된다.

삼차원 모델을 슬라이싱하는 방법은, 미리 정의된 작업 영역의 영역을 슬라이싱하여 획득하도록 슬라이싱부재를 일련하여 생성하는 단계; 작업 영역이 아닌 해당 영역을 프린트되지 않는 영역으로 CPU(160)에 저장하여 효율적으로 수행될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예로서, 현재 악세사리 생산 공정은 케드 디자인-출력-주물-원본정리-고무가다-왁스 사출-주물 등으로 이루어져 매우 복잡하고 시간이 많이 소요되었다.

본 발명의 일실시예에 따라 악세사리를 생산할 경우, 케드 디자인-출력-주물 등으로 대폭 줄일수 있으면서 정밀도 또한 높일 수 있다.

상기 출력 단계는 본 발명에 따른 3D 프린터로 슬라이싱하여 출력하는 단계 등을 포함한다.

예를 들어, 현재 공장에 30명의 공장 인원이 있다면 왁스 사출하는 공인들이 대략 10명 이상이면, 상술한 모든 일을 대폭 줄인 공정인 본 발명을 이용한다면 한명과 기계한대에서 최적화하여 해결할 수 있다.

본 명세서의 설명은 예시와 설명의 목적으로 제공되었고, 개시된 형태로 본 명세서를 포괄하거나 또는 제한함을 의도하는 것은 아니다. 많은 수정과 변형이 본 명세서의 범위와 정신으로부터 벗어남이 없이 해당 기술 분야에서 통상의 기술을 가진자들에게 자명할 것이다. 그 실시예가 본 명서서의 원리와 실제 어플리케이션을 가장 잘 설명하기 위하여, 그리고 해당 기술분야의 통상의 기술자들이 고려된 특정 용도에 적합한 것처럼 다양한 수정을 갖는 다양한 실시예에 대한 개시를 이해할 수 있게 하도록, 선택되었고 설명되었다.

예를 들어 CPU(160)에는 다양한 영상 입력 수단(예: 3d 카메라)등이 연결되어 액체 레진의 경화가 제대로 되었는지를 체크하여 이를 재작업하거나 내용을 저장할 수 있도록 한다.

따라서 본 출원의 명세서를 설명하고, 이들의 실시예들을 참조하는 것에 의해, 수정 및 변형이 첨부된 청구항들에 정의된 개시의 범위를 벗어남 없이 가능하다는 점이 명백해질 것이다.

110, 111 : 액정 모니터
122 : 액체 레진
150 : 물체를 끌어 올리는 기구
160 : CPU
190 : 파티션

Claims (4)

1. 빛에 반응하여 액체에서 고체로 변하거나, UV에 의해 변하는 액체 레진으로서, 빛에 의해 고체가 되어 형성되고, 상기 고체를 한층 한층 쌓아 올라가도록, 상기 액체 레진을 일정 모터의 힘으로 끌어 올리는 물체를 끌어 올리는 기구;
   CPU를 통해 슬라이싱한 정보를 포함하는 프로그램 명령어를 전달받아 한컷 한컷 순서가 바뀌면서 일련하여 출력하는 액정 모니터;
   슬라이싱한 정보를 포함하는 프로그램 명령에 따라 액정 모니터에 한컷 한컷 순서가 바뀌도록 일련하여 디스플레이하도록 제어하기 위해, 특정 단말기를 통해 디자인된 컴퓨터로 3D 작업 후 일련번호에 따라 일정 간격으로 슬라이싱한 형태를 디지털화하여 입력받는 CPU;를 포함하는 3D 프린터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 액정 모니터 상측면에 형성되어 빛의 직진성을 도와 주는 파티션;을 더 포함하는 3D 프린터.
3. 제1항에 있어서,
   상기 3D 프린터를 통해 상기 액체 레진을 고체로 만들면서 0.02mm~0.05mm 일정한 높이로 위로 상승하면서 형상을 만들어 한층씩 올라가도록 하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
4. 제1항에 있어서,
   상기 3D 프린터를 통해 악세사리를 생산할 경우, 케드 디자인 단계, 슬라이싱 출력 단계; 악세사리 주물 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.

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