KR20180037669A - 광경화수지를 활용한 컬러3d프린터 - Google Patents

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Abstract

광경화성 수지를 이용해 제작하는 방식은 수조에 광경화성 수지를 넣고 빛을 가하며 한층씩 쌓아가는 방식으로 일반적으로 바닥면에 빛을 가해 한층을 형성하고 작업물을 일정량씩 위(Z축)로 움직이며 만드는데 수조에는 미리정해진 한가지 색만 넣을수있어 컬러제작이 불가능한데 이를 컬러제작을 하게하고자한다.
기존필라멘트를 사용하는 fdm 방식노즐구성은 노즐(1),히터(2),가이드1(3),가이드2(4),튜브(5)로 구성되어 튜브(5)를통해 필라멘트(6)가 공급되고 가이드1(3)와 히터(2)를 통과하고 노즐(1)을 거치며 히터에 의해 노즐이 가열되어 있어 필라멘트가 녹아 노즐토출구(1-1)를 통해 출력되며 3d 형상을 만드는 구조로 되어 있으나
본 발명의 구성은 광반응을 노즐외부에서 하는 방식과 노즐내부중간을 통해하는방식이 있으며 우선 광반응을 노즐외부에서 하는방식구성에대해 설명하면
광노즐(11),광샘방지 코팅부(11-1),광 출력부(11-2),광반응성수지토출구(11-3),노즐지지부(12),광원(13),노즐가이드(14),광반응성수지관(15),광반응성수지1(16),정량펌프(17),광반응성수지통(18),광반응성수지공급통로(18-1) 로구성되며
동작은 광반응성수지통(18)에 들어있는 광반응성수지(19)가 광반응성수지공급통로(18-1)를 통해 정량펌프(17)를거친 광반응성수지1(16 )가 광반응성수지관(15)내부를통해 광반응성수지토출구(11-3)로토출되면서 바닦에 깔리며 이때 광원(13)을 on하면 자외선을 통과할수있는 석영으로 만들어진 광노즐(11) 광출력부(11-2)를 통해 바닦에 깔린 광반응성수지에 빛이 조사되어 경화되어 3차원 형상을 만들게 되는것이며 상기설명한 구조의 노즐시스템을 여러개 설치하면 각각의노즐구성마다 1개의 색상을 구성할수있어 컬러 출력이 가능하게 되는것이다
또다른 방법인 광반응을 노즐내부에서 하는방식구성에대해 설명하면
노즐(11-4)센터에 광케이블(11-5),광 출력부(11-2),광반응성수지토출구(11-3),노즐지지부(12),광원(13),노즐가이드(14),광반응성수지관(15),광반응성수지1(16),정량펌프(17),광반응성수지통(18),광반응성수지공급통로(18-1) 로구성되며
동작은 광반응성수지통(18)에 들어있는 광반응성수지(19)가 광반응성수지공급통로(18-1)를 통해 정량펌프(17)를거친 광반응성수지1(16 )가 광반응성수지관(15)내부를통해 광반응성수지토출구(11-3)로토출되면서 바닦에 깔리며 이때 노즐(11-4)센터에있는 광케이블에 연결된 광원(13)을 on하면 자외선을 통과할수있는 석영으로 만들어진 광케이블(11-5) 광출력부(11-2)를 통해 바닦에 깔린 광반응성수지에 빛이 조사되어 경화되어 3차원 형상을 만들게 되는것이며 상기설명한 구조의 노즐시스템을 여러개 설치하면 각각의노즐구성마다 1개의 색상을 구성할수있어 컬러 출력이 가능하게 되는것이다.
컬러를 구현하기 위한방법으로상기에서 설명한 노즐을 여러개 이용하는 방식이 아니라일반 잉크젯 프린터 색상혼합방식의 공지된 기술인 3원색,5원색을 혼합기를 이용하여 1개을 노즐에 공급하는방식으로 컬러를 구현할수도 있다.

Description

광경화수지를 활용한 컬러3D프린터{COLOR 3D PRINTER}
3D프린터,FDM,SLS,SLA,DLP,필라멘트,광경화성 수지
3D프린터의 기본 원리는 2D프린터와 비슷하지만 잉크 대신 여러가지 소재를 활용하여 적층 방식으로 한층한층 쌓아입체적인 구조물을 출력하는 것으로
3D프린터는 출력 방식에 따라 FDM방식, SLS방식, SLA방식,DLP방식 으로 나뉩니다.
FDM 방식은 PLA,ABS 등 재료를 열로 녹여 컨트롤러로 제어하여 미리 정해진 3차원 형상을 여러층으로 분해하여 형상에따라 움직이며 한층한층 적층하는 방식이며 SLA/DLP 방식은 재료에 레이저(빛),LED램프,프로젝터 등으로 미리 정해진 3차원 형상을 여러층으로 분해하여 한층한층 빛을 가해 재료가 빛에 반응하는 소재를 경화시켜 입체적인 구조물을 적층, 3D형상을 출력하는것이며 SLS/SLA방식은 빛을 점단위로 움직이며 형상을 만들고 DLP방식은 프로젝터 빛을 가해 2차원 면적을 1번에 1층씩 한꺼번에 작업하기때문에 속도가 빠른장점이 있고 SLS방식은 파우더를 롤러로 쌓으면서 레이저로 녹여 한층씩 적층하는 방식이다
광경화성 수지를 이용해 제작하는 방식은 수조에 광경화성 수지를 넣고 빛을 가하며 한층씩 쌓아가는 방식으로 일반적으로 바닥면에 빛을 가해 한층을 형성하고 작업물을 일정량씩 위(Z축)로 움직이며 만드는데 수조에는 미리정해진 한가지 색만 넣을수있어 컬러제작이 불가능한데 이를 컬러제작을 하게하고자한다.
FDM방식 3D프린터에서 노즐구멍 중앙에 광케이블을 매설하되 광케이블 주변에 광경화성 수지가 흐를수 있게 약간의 여유공간이 있도록 구성되며 광케이블의 반대쪽은 레이저또는 LED등의 광원과 연결되고 광원은 필요에따라 ON/OFF할수 있도록 하며 광경화성 수지가를 정량펌프를 통해 노즐에 공급되어 광원 주위를 통해 흐르면서 공급하고 3D데이터에 따라 노즐이 움직이며 레이저또는 LED등의 광원을 ON/OFF하게되면 ON시에는 노즐밑에 있는 수지가 빛에 반응하여 경화되고 OFF시에는 수지가 빛에 반응 하지 않기 때문에 경화되지 않는 원리로 반복작업하면서 3D형상을 가공한다. 컬러를 위하여는 노즐을 다중으로 사용하여 각 컬러별로 노즐을 선택하여 작업하는 방법과 노즐단에 공급할때 색상혼합기를 통해 색상을 혼합하며 공급하는 방법을 사용하면된다.
FDM방식으로 노즐을 여러개 사용하여 컬러를 구현할수 있으나 필라멘트를 녹여 작업하는 특성상 거미줄현상이 생기고 높은온도로 작업하다보니 열팽창으로 정밀도와 품질이 떨어지며 고속작업시 형상이 잘 형성되지 않으나 광경화수지를 활용하고 빛을 조사하여 경화시키는 방식은 빛을 ON/OFF 하며 제어하기 때문에 고속가공에 대응하며 거미줄 현상이 없고 상온에서 작업하기때문에 열변형등이 없어 정밀한 작업을 할수있을 뿐만아니라 완벽한 컬러를 구현하여 제품을 만들수있다
가) 본발명구성을설명한 광노즐개념도1
나) 본발명을 또다른 구성을 설명한 개념도2
다)기존노즐 개념도
기존필라멘트를 사용하는 fdm 방식노즐구성은 노즐(1),히터(2),가이드1(3),가이드2(4),튜브(5)로 구성되어 튜브(5)를통해 필라멘트(6)가 공급되고 가이드1(3)와 히터(2)를 통과하고 노즐(1)을 거치며 히터에 의해 노즐이 가열되어 있어 필라멘트가 녹아 노즐토출구(1-1)를 통해 출력되며 3d 형상을 만드는 구조로 되어 있으나
본 발명의 구성은 광반응을 노즐외부에서 하는 방식과 노즐내부중간을 통해하는방식이 있으며 우선 광반응을 노즐외부에서 하는방식구성에대해 설명하면
광노즐(11),광샘방지 코팅부(11-1),광 출력부(11-2),광반응성수지토출구(11-3),노즐지지부(12),광원(13),노즐가이드(14),광반응성수지관(15),광반응성수지1(16),정량펌프(17),광반응성수지통(18),광반응성수지공급통로(18-1) 로구성되며
동작은 광반응성수지통(18)에 들어있는 광반응성수지(19)가 광반응성수지공급통로(18-1)를 통해 정량펌프(17)를거친 광반응성수지1(16 )가 광반응성수지관(15)내부를통해 광반응성수지토출구(11-3)로토출되면서 바닦에 깔리며 이때 광원(13)을 on하면 자외선을 통과할수있는 석영으로 만들어진 광노즐(11) 광출력부(11-2)를 통해 바닦에 깔린 광반응성수지에 빛이 조사되어 경화되어 3차원 형상을 만들게 되는것이며 상기설명한 구조의 노즐시스템을 여러개 설치하면 각각의노즐구성마다 1개의 색상을 구성할수있어 컬러 출력이 가능하게 되는것이다
또다른 방법인 광반응을 노즐내부에서 하는방식구성에대해 설명하면
노즐(11-4)센터에 광케이블(11-5),광 출력부(11-2),광반응성수지토출구(11-3),노즐지지부(12),광원(13),노즐가이드(14),광반응성수지관(15),광반응성수지1(16),정량펌프(17),광반응성수지통(18),광반응성수지공급통로(18-1) 로구성되며
동작은 광반응성수지통(18)에 들어있는 광반응성수지(19)가 광반응성수지공급통로(18-1)를 통해 정량펌프(17)를거친 광반응성수지1(16 )가 광반응성수지관(15)내부를통해 광반응성수지토출구(11-3)로토출되면서 바닦에 깔리며 이때 노즐(11-4)센터에있는 광케이블에 연결된 광원(13)을 on하면 자외선을 통과할수있는 석영으로 만들어진 광케이블(11-5) 광출력부(11-2)를 통해 바닦에 깔린 광반응성수지에 빛이 조사되어 경화되어 3차원 형상을 만들게 되는것이며 상기설명한 구조의 노즐시스템을 여러개 설치하면 각각의노즐구성마다 1개의 색상을 구성할수있어 컬러 출력이 가능하게 되는것이다.
컬러를 구현하기 위한방법으로상기에서 설명한 노즐을 여러개 이용하는 방식이 아니라일반 잉크젯 프린터 색상혼합방식의 공지된 기술인 3원색,5원색을 혼합기를 이용하여 1개을 노즐에 공급하는방식으로 컬러를 구현할수도 있다.
1.노즐
2.히터
3.가이드1
4.가이드2
5.튜브
6.필라멘트
11.광노즐
11-1.광샘방지 코팅부
11-2.광 출력부
11-3.광반응성수지토출구
11-4.노즐
11-5.광케이블
12.노즐지지부
13.광원(레이저,led)
14.노즐가이드
15.광반응성수지관
16.광반응성수지
17.정량펌프
18.광반응성수지통
18-1.광반응성수지공급통로
19.광반응성수지

Claims (3)

  1. 광경화성 3D프린터에 있어서
    노즐구멍 중앙에 광케이블을 매설하되 광케이블 주변에 광경화성 수지가 흐를수 있게 약간의 여유공간이 있도록 구성되며 광케이블의 반대쪽은 레이저또는 LED등의 광원과 연결되고 광원은 필요에따라 ON/OFF할수 있도록하고 노즐후단은 수지가 공급되도록 한 3D프린터 노즐
  2. 광경화성 3D프린터에 있어서
    노즐구멍주위에 빛을 조사할수있도록 광원과연결된 투명한 노즐로구성되고 노즐 중앙을토해 광경화성 수지가 공급되도록한 3D프린터 노즐
  3. 광경화성 3D프린터에 있어서
    노즐구멍주위에 빛을 조사할수있도록 광원과연결된 다수개의 광케이블을 매설한노즐로구성되고 노즐 중앙을토해 광경화성 수지가 공급되도록한 3D프린터 노즐
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023274945A1 (en) * 2021-07-01 2023-01-05 Readily3D Sa System and method for the fabrication of aligned structures by optical modulation instability

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