KR20190023013A

KR20190023013A - 3d 프린터용 레진탱크

Info

Publication number: KR20190023013A
Application number: KR1020170108089A
Authority: KR
Inventors: 홍찬우; 김석범
Original assignee: (주)일루미네이드
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2019-03-07

Abstract

본 발명은 3D 프린터용 레진탱크에 관한 것으로, 광경화성 레진이 저장되는 탱크본체; 상기 탱크본체 내의 바닥면으로부터 이격 설치되어 상기 광경화성 레진이 탱크본체의 바닥면에 닿지 않는 비접촉 상태를 유지할 수 있도록 공간을 구획하는 광투과성 필름; 및 상기 광투과성 필름과 탱크본체의 바닥면 사이에는 상기 탱크본체 내부에서 승강이동하는 빌드플레이트의 바닥면과 상기 광투과성 필름이 상호 수평 상태를 유지할 수 있도록 하는 압력조절부가 형성된 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 레진 경화물이 탱크본체의 바닥면에 고착화되어 적측공정 불량이 발생하는 것을 근본적으로 방지할 수 있으며, 단면적이 넓은 구조의 출력물을 용이하게 생산할 수 있을 뿐만 아니라 상기 빌드플레이트의 승강 이동속도를 높일 수 있어 그에 따른 제품의 생산성을 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

3D 프린터용 레진탱크{RESIN TANK FOR 3D PRINTER}

본 발명은 3D 프린터용 레진탱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기의 압력을 이용하여 광경화성 레진을 레진탱크의 바닥면으로부터 부양시킬 수 있는 구성 및 구조의 3D 프린터용 레진탱크에 관한 것이다.

일반적으로, 3D 프린터란, 삼차원형상을 구현하기 위한 전자적 정보를 출력하는 자동화된 장치를 의미한다. 기존의 CNC 머시닝도 3D 모델에서 바로 출력물을 뽑을수 있어서 사전적으로 포함은 되지만 보통 3D프린터라고 하면 기존의 깎아서 만드는 SM(Subtractive manufacturing)방식 보다는 AM(Additive manufacturing), 즉 쌓아가면서 만드는걸 의미한다. 둘 다 섞은 하이브리드 방식도 물론 포함된다. ISO와 ASTM에서는 이러한 AM기술들을 BJ(Binder jetting), DED(Directed Energy deposition), ME(Material extrusion), MJ(Material jetting), PBF(Powder bed fusion), SL(Sheet lamination), VP(Vat Photopolymerization)등으로 구분한다.

상기 VP 방식 3D 프린터의 경우, 미세형상을 구현하는데 용이하여 근래에 널리 사용되고 있다. VP 방식의 3D 프린터에 사용되는 액체의 원료는 자외선에 의해 경화되는 물질인 UV(Ultraviolet Ray) 광경화성 레진이 원료로 이용된다.

또한, VP 방식 3D 프린터는 기구적 구조에 따라 아래에서 윗쪽으로 출력물을 완성하는 상향식(bottom-up)방식과, 위쪽에서 아래쪽으로 출력물을 완성하는 하향식(top-down)방식으로 구분된다.

이하, 도 1을 참조하여 종래기술에 따른 광경화성 VP방식의 3D 프린터에 대하여 설명한다.

도시한 바와 같이 종래기술에 따른 광경화성 3D 프린터는 내부에 광경화성 레진(11)이 저장되는 레진탱크(10)와, 상기 레진탱크(10)의 하부에서 광을 조사하는 광학모듈(20)과, 상기 광학모듈(20)에 의해 경화된 레진 경화물(11a)을 고정지지하며 여러층의 레진 경화물을 형성할 수 있도록 상기 레진탱크(10)에 대하여 승강이동 하는 빌드플레이트(30)로 구성된다.

즉, 광경화성 레진(11)이 담긴 레진탱크(10)의 바닥면에 근접하여 상기 빌드플레이트(30)를 위치시킨 상태에서 상기 광학모듈(20)의 광이 조사되면 상기 레진탱크(10)의 바닥면과 빌드플레이트(30) 사이에 위치한 광경화성 레진(11)이 딱딱하게 굳는 레진 경화물(11a)로 변화한다. 따라서, 상기 빌드플레이트(30)를 단계적으로 승강시켜 레진 경화물(11a)을 적층시키는 방법으로 출력물을 완성하게 된다.

그러나, 종래기술에 따른 광경화성 3D 프린터는 상기 빌드플레이트(30)와 레진탱크(10) 바닥면 사이에서 광경화성 레진(11)이 경화되는 과정에서 레진탱크(10)의 바닥면에 대해서도 동일하게 고착되려는 현상이 발생한다. 따라서, 레진 경화물(11a)의 하면이 상기 레진탱크(10)의 바닥면에 고착되는 현상에 의한 적층공정의 불량이 빈번하게 발생하는 문제점이 있었다.

이러한 적층공정의 불량은 광경화성 레진(11)이 경화되는 단위 면적의 넓이가 클수록 적층공정 불량이 더욱 빈번하게 발생하였을 뿐만 아니라, 적층공정의 불량을 최소화하기 위해 상기 빌드플레이트(30)의 승강 이동속도를 현저하게 줄임으로써 제품생산이 효율적이지 못한 문제점이 있었다.

한국등록특허공보 제1647799호(2016.08.05)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 공기의 압력을 이용하여 광경화성 레진을 레진탱크의 바닥면으로부터 부양시킬 수 있는 구성 및 구조의 3D 프린터용 레진탱크를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 3D 프린터용 레진탱크는, 광경화성 레진이 저장되는 탱크본체; 상기 탱크본체 내의 바닥면으로부터 이격 설치되어 상기 광경화성 레진이 탱크본체의 바닥면에 닿지 않는 비접촉 상태를 유지할 수 있도록 상기 광투과성 필름은 외부 압력에 대응하여 변형이 유연하게 이루어질 수 있도록 가요성 소재로 제작되어, 광경화성 레진의 경화작용에 의해 형성된 레진 경화물과 접촉하는 광경화성 필름의 접촉면은 상기 레진 경화물의 승강 이동시 그 이동방향을 따라 승강 이동하는 과정에서 양측면으로부터 중심부를 향하는 방향으로 점진적 이탈이 이루어지고 필름이 하강 이동하도록 내부 압을 풀어줄 수 있는 압력 조절부;와 상기 광투과성 필름의 중심부가 아래쪽으로 볼록하게 처짐이 발생하는 것을 방지하기 위한 평판형 글래스 플레이트;로 구성되며,

상기 글래스 플레이트를 필름으로부터 이격시킬 경우, 상기 압력조절부에는 압력센서 및 공기압을 조절하는 압력조절밸브를 추가하여, 레진이 광투과성 필름을 누르는 압력과 압력조절부의 압력 평행상태를 능동적으로 조절하여, 광투과성 필름과 글래스 플레이트 사이에 발생하는 이형력을 제거하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 광경화성 레진이 탱크본체의 바닥면에 닿지 않고 비접촉 상태를 유지할 수 있도록 공간을 구획하는 광경화성 필름과 압력조절부를 구성함으로써, 레진 경화물이 탱크본체의 바닥면에 고착화되어 적측공정 불량이 발생하는 것을 근본적으로 방지할 수 있으며, 단면적이 넓은 구조의 출력물을 용이하게 생산할 수 있을 뿐만 아니라 상기 빌드플레이트의 승강 이동속도를 높일 수 있어 그에 따른 제품의 생산성을 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 광경화성 3D 프린터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터용 레진탱크의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터용 레진탱크의 작용을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터용 레진탱크의 작용 과정의 순서를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린터용 레진탱크의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5의 글래스 플레이트를 지지하는 별도의 지지부재를 추가적으로 구성한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 압력조절부의 압력조건에 맞추어 상기 광경화성 레진을 추가적으로 공급할 수 있는 레진공급부재를 구성한 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 3D 프린터용 레진탱크의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들에 의거하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어와 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석해야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 프린터용 레진탱크는 광경화성 레진이 저장되는 탱크본체(100)와, 상기 탱크본체(100) 내의 바닥면으로부터 이격 설치되어 상기 광경화성 레진(110)이 탱크본체(100)의 바닥면에 닿지 않는 비접촉 상태를 유지할 수 있도록 공간을 구획하는 광투과성 필름(400)과, 상기 광투과성 필름(400)과 탱크본체(100)의 바닥면 사이에 형성되는 압력조절부(500)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 탱크본체(100)는 광경화성 레진(110)을 담기 위한 용기로써, 내부에는 상기 광경화성 레진(110)을 저장하기 위한 저장공간부(101)가 형성된다.

즉, 상기 탱크본체(100)는 상기 저장공간부(101)에 광경화성 레진(110)을 수용하며, 상기 저장공간부(101) 내에서 승강 이동하는 빌드플레이트(300)가 간섭받지 않고 원활한 승강 이동할 수 있도록 상기 빌드플레이트(300)보다 넓은 구조로 제작이 이루어진다.

상기 탱크본체(100)는 바닥면에 한정하여 투명소재를 사용하고 나머지부분은 불투명소재로 제작될 수도 있다.

그리고, 상기 탱크본체(100)는 사각형상의 형태로 제작되었으나 반드시 이에 한정하지 않으며, 원형, 타원형 또는 다양한 다각형상의 형태로 제작할 수 있다.

한편, 상기 광투과성 필름(400)은 상기 탱크본체(100)의 바닥면으로부터 이격 설치되는 것으로, 상기 광경화성 레진(110)이 탱크본체(100)의 바닥면에 닿지 않고 비접촉 상태를 유지할 수 있도록 공간을 구획하는 구성요소이다.

즉, 상기 광경화성 레진(110)을 탱크본체(100)의 바닥면으로부터 일정 높이 이격된 위치에 놓일 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

여기서, 상기 광투과성 필름(400)은 상기 광경화성 레진(110)을 경화시키기 위한 광원(200)의 빛이 투과될 수 있도록 UV투과성 투명 소재로 제작이 이루어진다.

구체적으로, 상기 광투과성 필름(400)은 투명한 합성수지재로서, 폴리술폰(polysulfone), 폴리카보네이트(polycarbonate), 퍼풀루오로폴리머(perfluoropolymer) 등의 소재로 제작할 수 있다.

아울러, 글래스 플레이트(700)가 이격 설치되어 있는 경우, 상기 광투과성 필름(400)은 평상시, 광경화성 레진(110)과 접촉하는 상태이므로 상기 광경화성 레진의 무게에 의해 중심부가 아래쪽으로 볼록하게 처지는 곡률 형태를 유지하고 있으나, 후술할 압력조절부(500)에 공기압이 발생하게되면 상기 광투과성 필름(400)은 상기 빌드플레이트(300)의 바닥면과 상호 수평한 상태를 유지한다.

즉, 본 발명에 따른 상기 광투과성 필름(400)은 외부 압력에 대응하여 변형이 유연하게 이루어질 수 있도록 가요성 소재로 제작되어, 광경화성 레진(110)의 경화작용에 의해 형성된 레진 경화물(110a)과 접촉하는 광경화성 필름(400)의 접촉면은 상기 레진 경화물(110a)의 승강 이동시 그 이동방향을 따라 승강 이동하는 과정에서 양측면으로부터 중심부를 향하는 방향으로 점진적 이탈이 이루어진다.

따라서, 상기 광투과성 필름(400)은 광경화성 레진(110)이 상기 탱크본체(100)의 바닥면에 고착되는 현상에 의한 적층공정의 불량이 발생하는 것을 근본적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 가요성 소재의 광투과성 필름(400)은 레진 경화물(110a)에 대하여 탄력적으로 이탈이 이루어짐에 따라 빌드플레이트(300)의 승강 이동속도를 높일 수 있어 그에 따른 제품의 생산성을 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 광투과성 필름(400)을 이용한 광경화성 레진(100)의 적층공정은 단면적이 넓은 구조의 레진 경화물(110a)을 생산하는데 있어서도 매우 유용한 효과를 제공한다.

한편, 상기 압력조절부(500)는 상기 광투과성 필름(400)과 탱크본체(100)의 바닥면 사이에 형성되는 것으로, 빌드플레이트(300)와 이에 고착된 레진 경화물(110a)이 승강이동 할 때, 광투과성 필름(400)이 레진경화물(110a)로부터 점진적으로 이탈 하고, 다시 하강함에 있어서, 상기 글래스 플레이트(700)에 접촉하고 있는 상기 광투과성 필름(400)의 바닥면이 윗쪽으로 부양이 원활하게 이루어질 수 있도록 공기의 흐름을 안내하는 가이드홈(710)이 추가 될 수 있다. 도5 에 도시한 바와 같이 상기 광투과성 필름(400)의 중심부가 아래쪽으로 볼록하게 처짐이 발생하는 것을 방지한다.

글래스 플레이트(700)를 광투과성 필름(400)으로부터 이격 설치 시, 상기 탱크본체(100) 내부에서 승강 이동하는 빌드플레이트(300)의 바닥면과 상기 광투과성 필름(400)이 상호 수평 상태를 유지할 수 있도록 공기압을 발생시키는 공간이다.

또한, 상기 탱크본체(100)에는 상기 압력조절부(500)로 공기압을 투입하고 배출시키는 공압주입구(150)와 공압배출구(160)가 각각 형성된다.

상기 공압주입구(150)에는 공기압을 조절하는 압력조절밸브(151)가 설치되며, 상기 압력조절부(500)에는 내부의 압력을 체크하는 압력센서(170)가 설치된다.

또한, 상기 공압배출구(160)에는 상기 압력조절부(500)의 내부 압력을 외부로 배출시킬 수 있도록 개폐단속이 이루어지는 개폐밸브(161)가 형성된다.

이러한 상기 압력조절밸브(151), 압력센서(170) 및 개폐밸브(161)는 상호 전기적으로 연결된 상태를 유지한다.

즉, 상기 압력조절밸브(151)는 광경화성 레진(110)의 용량(무게)에 따라 그에 대응하는 적정 공기압을 공급 및 유지할 수 있도록 하며, 상기 압력센서(170)는 상기 압력조절부(500)의 내부 압력을 체크하는 것으로, 그 내부압력이 높으면 상기 공압배출구(160)로 일부 압력을 외부로 배출할 수 있도록 하고 내부압력이 낮으면 상기 압력조절밸브(151)로부터 압력을 추가적으로 공급을 수 있도록 신호를 발생시킨다.

또한, 도 6에 도시한 바와 같이 상기 탱크본체(100)에는 상기 글래스 플레이트(700)을 한층 안정적으로 지지할 수 있는 지지부재(730)를 구성할 수 있다.

그리고, 상기 지지부재(730)의 테두리 둘레방향에는 상기 광투과성 필름(400)의 바닥면으로 공기압을 유입될 수 있도록 하는 유동공(731)이 형성된다.

또한, 도 7에 도시한 바와 같이 상기 탱크본체(100)에는 상기 압력조절부(500)의 압력조건에 맞추어 상기 광경화성 레진(110)을 추가적으로 공급할 수 있는 레진공급부재(600)를 설치할 수 있다.

이는 상기 압력조절밸브(151), 압력센서(170) 및 개폐밸브(161)가 광경화성 레진(110)의 무게 변화를 맞추기 위한 지속적인 피드백 결과로부터 공기의 압력을 높이거나 줄이도록 압력을 조절하는 것이 아닌 상기 압력조절부(500)의 압력조건에 맞추어 상기 광경화성 레진(110)을 공급할 수 있도록 하기 위함이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100 : 탱크본체 110 : 광경화성 레진
150 : 공압주입구 160 : 공압배출구
400 : 광투과성 필름 500 : 압력조절부
600 : 레진공급부재 700 : 글래스 플레이트
710 : 가이드홈 730 : 지지부재

Claims

광경화성 레진을 담기위해 기밀성을 유지시킬 수 있는 탱크본체;
상기 탱크본체 내의 바닥면으로부터 이격 설치되어 상기 광경화성 레진이 탱크본체의 바닥면과 비접촉 상태를 유지할 수 있게 하는 가요성을 지닌 광투과성 필름; 및,
상기 광투과성 필름의 상하운동과 적층단계에서 빌드플레이트와 광투과성 필름의 상호 수평 상태를 유지할 수 있도록 하는 압력조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 레진탱크.
제1항에 있어서,
상기 광투과성 필름은 외부 압력에 대응하여 변형이 유연하게 이루어질 수 있도록 가요성 소재로 제작되어, 광경화성 레진의 경화작용에 의해 형성된 레진 경화물과 접촉하는 광경화성 필름의 접촉면은 상기 레진 경화물의 승강 이동시 그 이동방향을 따라 승강 이동하는 과정에서 양측면으로부터 중심부를 향하는 방향으로 점진적 이탈이 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 레진탱크.
제2항에 있어서,
상기 탱크본체에는 공기압이 투입되는 공압주입구와, 공기압을 외부로 배출시키는 공압배출구가 각각 형성되며,
상기 공압주입구에는 공기압을 조절하는 압력조절밸브가 설치되고, 상기 압력조절부에는 내부의 압력을 체크하는 압력센서가 설치되며, 상기 공압배출구에는 개폐밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 레진탱크.
제3항에 있어서,
상기 공압주입구와 압력조절밸브를 이용하여 공기압 및 산소분압을 조절하여 광투과성 필름 표면의 산소농도를 증가시켜 레진 경화물과의 이탈시 필요한 접착력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 레진탱크.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탱크본체에는 상기 압력조절부에 공기압이 형성되지 않을 경우, 상기 광투과성 필름의 중심부가 아래쪽으로 볼록하게 처짐이 발생하는 것을 방지하기 위한 평판형 글래스 플레이트가 추가적으로 설치된 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 레진탱크.