KR20190109711A - 3d프린터 - Google Patents

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KR20190109711A
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이광민
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주식회사 캐리마
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Abstract

3D 프린터는 다수의 단위적층부가 단계적으로 적층되어 형성되는 성형물을 지지하는 조형판, 조형판 상에 광경화성 수지를 도포하여 단위적층부들을 형성하는 토출유니트, 단위적층부를 노광하여 광경화 성형하는 노광유니트, 조형판과 토출유니트 및 조형판과 노광유니트를 상대 운동시켜 도포 적층 작업 및 노광 작업을 수행하도록 하는 구동부 및 성형물의 성형데이터에 기초하여 각 단위적층부의 노광성형영역보다 넓은 도포영역에 대해 도포작업이 수행된 후 노광작업이 순차적으로 수행되도록 토출유니트, 노광유니트 및 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

3D프린터{3D Printer}
본 발명은 3D프린터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 성형물을 다양한 소재를 이용하여 연속적으로 성형할 수 있는 3D프린터에 관한 것이다.
3D프린터는 성형하는 방식에 따라 FDM(Fused Deposition Modeling)방식과 DLP(Digital Light Processing)방식으로 나눈다. FDM(Fused Deposition Modeling)방식은 필라멘트 형태의 열가소성 물질을 노즐 안에서 녹여 얇은 필름 형태로 토출하여 한층 한층 적층해나가는 방식으로 출력물의 품질이 낮으나 다양한 소재를 이용하여 성형할 수 있다. DLP(Digital Light Processing)방식은 광경화성 수지가 담긴 수조에 액상 수지가 반응할 수 있는 자외선으로 광경화하는 방식으로 표면품질이 우수하나 다양한 소재를 이용하여 성형물을 만드는 경우 성형속도가 매우 느리다. 한편, 광경화성 수지를 FDM(Fused Deposition Modeling)방식으로 토출하며 자외선으로 경화시켜 성형하는 혼용방식이 개발되었다.
그러나 이러한 혼용방식으로 성형속도는 개선되었으나 성형물의 표면품질이 개선되지는 않았다.
따라서, 본 발명의 목적은 성형물의 표면품질은 우수하며 성형속도가 신속하게 개선된 3D프린터를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 3D프린터는, 다수의 단위적층부가 단계적으로 적층되어 형성되는 성형물을 지지하는 조형판; 상기 조형판 상에 광경화성 수지를 도포하여 상기 단위적층부들을 형성하는 토출유니트; 상기 단위적층부를 노광하여 광경화 성형하는 노광유니트; 상기 조형판과 상기 토출유니트 및 상기 조형판과 상기 노광유니트를 상대 운동시켜 도포 적층 작업 및 노광 작업을 수행하도록 하는 구동부; 및 상기 성형물의 성형데이터에 기초하여 각 단위적층부의 노광성형영역보다 넓은 도포영역에 대해 도포작업이 수행된 후 노광작업이 순차적으로 수행되도록 상기 토출유니트, 상기 노광유니트 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다. 노광성형영역을 적어도 덮으면서 광경화성 수지를 도포 적층하게 하고, 노광성형영역만을 노광하여 성형하므로 광경화성 수지를 FDM(Fused Deposition Modeling)방식으로 토출하면서 DLP(Digital Light Processing)방식으로 노광성형영역만을 노광하므로 신속한 성형속도를 가지며 우수한 성형품질이 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 노광성형영역은 상이한 물성의 광경화성 수지로 형성되는 복수의 세부영역으로 이루어지며, 상기 토출유니트는 상이한 물성의 광경화성 수지들을 토출하는 복수의 토출노즐과 상기 토출노즐의 토출을 제어하는 토출밸브를 가지면 상이한 물성의 광경화성 수지들을 도포 적층할 수 있어 색상, 재질, 점도 등의 다양한 소재로 하나의 성형물을 성형할 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 도포영역은 상기 노광성형영역의 외곽에 마련되어 회수작업에 의해 회수되는 외곽비노광영역을 가지면 노광성형영역을 포함하는 도포영역에 광경화성 수지를 정확하게 도포 적층할 수 있으며, 노광성형영역의 도포된 광경화성 수지를 정확하게 광경화시킬 수 있고, 외곽비노광영역의 비경화된 광경화수지를 회수 할 수 있어 바람직하다.
여기서, 상기 단위적층부의 표면을 평탄화하는 평탄화블레이드와 상기 평탄화블레이드를 구동하여 평탄화작업을 수행하는 블레이드구동부를 더 가지며, 상기 제어부는 상기 도포작업과 상기 노광작업 사이에 상기 평탄화작업이 수행되도록 상기 블레이드구동부를 제어하면 조형판에 도포 적층된 단위적층부의 표면을 평탄화할 수 있으므로 정확한 거리에서 광경화가 이루어지게 할 수 있으므로 성형품질이 향상될 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 제어부는 상기 도포작업과 상기 평탄화작업 사이에 예비경화노광을 수행하도록 상기 구동부와 상기 노광유니트를 제어하면 조형판에 토출된 광경화성 수지를 예비경화시키므로 블레이드에 의한 도포 적층된 단위적층부의 평탄화작업이 더욱 원활하게 될 수 있어 바람직하다.
여기서, 상기 조형판에 대해 상기 토출유니트, 상기 노광유니트 및 상기 구동부들은 순차적으로 작업위치 및 휴지위치 간을 이동하면 도포작업, 평탄화작업 및 노광작업이 순차적, 안정적, 연속적으로 이루어질 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 도포작업, 상기 노광작업, 상기 평탄화작업 중 적어도 일부는 수평방향 내 상이한 작업스테이지에서 수행되며, 상기 조형판은 복수 개가 상이한 작업스테이지에서 해당 작업을 수행하면 도포작업, 노광작업, 평탄화작업을 동시에 수행할 수 있으므로 연속적으로 신속하게 성형작업을 수행할 수 있어 바람직하다.
본 발명에 따르면 노광성형영역을 적어도 덮으면서 광경화성 수지를 도포 적층하게 하고, 노광성형영역만을 노광하여 성형하므로 광경화성 수지를 FDM(Fused Deposition Modeling)방식으로 토출하면서 DLP(Digital Light Processing)방식으로 노광성형영역만을 노광하므로 신속한 성형속도를 가지며 우수한 성형품질이 이루어질 수 있는 효과가 있다.
복수의 세부영역에 복수의 토출노즐과 토출밸브로 상이한 물성의 광경화성 수지들을 도포 적층할 수 있어 색상, 재질, 점도 등의 다양한 소재로 하나의 성형물을 성형할 수 있는 효과가 있다.
도포영역이 회수작업에 의해 회수되는 외곽비노광영역을 가짐으로써 노광성형영역을 포함하는 도포영역에 광경화성 수지를 정확하게 도포 적층할 수 있으며, 노광성형영역의 도포된 광경화성 수지를 정확하게 광경화시킬 수 있고, 외곽비노광영역의 비경화된 광경화수지를 회수 할 수 있는 효과가 있다.
블레이드로 조형판에 도포 적층된 단위적층부의 표면을 평탄화할 수 있으므로 정확한 거리에서 광경화가 이루어지게 할 수 있으므로 성형품질이 향상될 수 있는 효과가 있다.
도포작업과 평탄화작업 사이에 예비경화노광을 수행하여 조형판에 토출된 광경화성 수지를 예비경화시키므로 블레이드에 의한 도포 적층된 단위적층부의 평탄화작업이 더욱 원활하게 될 수 있는 효과가 있다.
조형판에 대해 토출유니트, 노광유니트 및 구동부들은 순차적으로 작업위치 및 휴지위치 간을 이동하게 하여 도포작업, 평탄화작업 및 노광작업이 순차적, 안정적, 연속적으로 이루어질 수 있는 효과가 있다.
조형판은 복수 개가 상이한 작업스테이지에서 해당 작업을 수행하면 도포작업, 노광작업, 평탄화작업을 동시에 수행할 수 있으므로 연속적으로 신속하게 성형작업을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3D프린터의 간략 예시도.
도 2는 토출유니트의 상세도.
도 3은 블레이드의 상세도.
도 4는 3D프린팅의 동작도.
도 5는 변형 예시의 3D프린팅 동작도.
도 6과 도 7은 3D프린팅 동작에 따른 성형공정도.
도 8은 3D프린터의 제어블록도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D프린터(1)를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 3D프린터(1)의 간략 예시도이며, 도 2는 토출유니트(30)의 상세도이고, 도 3은 블레이드(81)의 상세도이며, 도 4는 3D프린팅의 동작도이고, 도 5는 변형 예시의 3D프린팅 동작도이며, 도 6과 도 7은 3D프린팅 동작에 따른 성형공정도이고, 도 8은 3D프린터(1)의 제어블록도이다.
3D프린터(1)는 베드(10), 조형판(20), 토출유니트(30), 노광유니트(40), 구동부(50), 제어부(60), 광센서(70), 평탄작업부(80) 및 회수장치(90)를 포함한다.
베드(10)는 바닥면을 지지하고 있는 지지기둥에 의해 바닥면으로부터 이격 배치된다. 베드(10)는 성형이 이루어지는 베이스면을 제공한다.
조형판(2)은 다수의 단위적층부가 단계적으로 적층되어 형성되는 성형물을 지지한다. 조형판(2)은 후술할 조형판구동부(51)에 의해 양측이 지지되며, 성형물이 지지된다. 조형판(2)은 판상으로 마련되며, 조형판구동부(51)에 의해 이동 가능하다. 조형판(20)은 경우에 따라서는 조형판구동부(51)에 의해 베드(10)의 판면을 따라 수평이동도 가능하며 경우에 따라서는 상하로 이동되어 후술할 노광유니트(40)와의 간격을 조절할 수 있도록 이동될 수 있다.
토출유니트(30)는 조형판(20) 상에 광경화성 수지를 도포하여 단위적층부들을 형성한다. 토출유니트(30)는 조형판(20) 상에 광경화성 수지(2)를 도포 적층한다. 여기서, 광경화성 수지(2)는 고점도의 젤형의 광경화성 수지(2)로 흐르지 않고 가열을 하지 않고 압출에 의해서 토출하여 도포 적층 가능하다. 토출유니트(30)는 토출하우징(31), 실린더(32), 피스톤(33), 토출밸브(34), 토출노즐(35), 토출구동부(36) 및 토출아암(37)을 갖는다. 토출하우징(31)은 실린더(32), 피스톤(33), 토출밸브(34), 토출노즐(35), 토출구동부(36) 등을 수용하는 공간을 갖는다. 실린더(32)는 토출하우징(31)에 지지되며, 서로 다른 종류의 광경화성 수지(2)가 저장 가능하도록 복수로 마련된다.
피스톤(33)은 실린더(32)의 일측에 삽입되어 실린더(32)을 따라 슬라이딩 이동 가능하다. 토출밸브(34)는 실린더(32)로부터 광경화성 수지(2)의 토출을 단속한다. 토출노즐(35)은 상이한 물성의 광경화성 수지들을 토출한다. 토출노즐(35)은 조형판(20) 상에 광경화성 수지(2)를 토출하여 도포 적층한다. 토출구동부(36)는 피스톤(33)과 연결되며, 피스톤(33)을 실린더(32)를 따라 슬라이딩 이동시켜 실린더(32)에 저장된 광경화성 수지(2)를 토출노즐(35)을 통해 조형판(20) 상에 토출되도록 제어부(60)의 제어에 의해 제어되어 구동된다. 토출아암(37)은 베드(10)에 지지된 후술할 토출유니트구동부(52)에 결합되어 토출유니트(30))를 지지한다.
노광유니트(40)는 단위적층부를 노광하여 광경화 성형한다. 노광유니트(40)는 토출유니트(30)에 의해 도포 적층된 광경화성 수지(2)를 노광하여 광경화 성형한다. 노광유니트(40)는 노광램프(41)와 노광아암(42)를 갖는다. 노광램프(41)는 자외선램프로 광경화성 수지(2)를 경화시키는 파장을 출력한다. 노광램프(41)는 출력필터를 가지고 성형데이터의 노광성형영역으로만 경화파장을 출력하도록 한다. 이에 의해 광경화되지 않은 광경화성 수지(2)는 젤형으로 경화된 성형물의 외측 또는 내부영역에 묻어 있게 된다. 노광아암(42)은 베드(10)에 지지된 후술할 노광유니트구동부(53)에 결합되어 노광유니트(40)를 지지한다.
구동부(50)는 조형판(20)과 토출유니트(30) 및 조형판(20)과 노광유니트(40)를 상대 운동시켜 도포 적층 작업 및 노광 작업을 수행하도록 한다. 구동부(50)는 조형판(20)과 후술할 평탄작업부(80)를 상대 운동시킬 수도 있다. 구동부(50)는 조형판구동부(51), 토출유니트구동부(52) 및 노광유니트구동부(53)를 구비할 수 있다. 경우에 따라서는 조형판구동부(51)만 있고, 토출유니트구동부(52)와 노광유니트구동부(53)는 존재하지 않을 수도 있다. 토출유니트(30)와 노광유니트(40)는 고정된 상태에서 조형판구동부(51)에 의해 조형판(20)이 수직방향과 수평방향으로 이동될 수도 있다. 조형판구동부(51), 토출유니트구동부(52) 및 노광유니트구동부(53)는 조형판아암(23), 토출아암(37) 및 노광아암(42)이 수직방향과 수평방향으로 이동되도록 하는 수직이동경로와 수평이동경로가 마련될 수 있다.
수직이동경로와 수평이동경로는 회전축과 회전축을 회전시키는 서보모터로 이루어지며, 조형판아암(23), 토출아암(37) 및 노광아암(42)에 회전축을 수용하며 회전축의 회전에 따라 수직과 수평으로 이동될 수 있도록 회전삽입공이 형성될 수 있다. 후술할 제어부(60)의 제어에 의해 서보모터가 정밀하게 제어되어 조형판(20), 토출유니트(30) 및 노광유니트(40)가 수직방향과 수평방향으로 이동되어 정확하게 토출위치와 노광위치에 위치하며, 상하의 간격도 조절될 수 있다. 구동부(50)가 회전축과 회전축을 회전시키는 서보모터로 이루어진다고 하였으나 이에 한정되지는 않는다. 수직이동과 수평이동이 원활하게 되는 것이면 어느 것이던 가능하다.
제어부(60)는 성형물의 성형데이터에 기초하여 각 단위적층부의 노광성형영역보다 넓은 도포영역에 대해 도포작업이 수행된 후 노광작업이 순차적으로 수행되도록 토출유니트(30), 노광유니트(40) 및 구동부(50)를 제어한다.
제어부(60)는 목표 성형물의 입체 형상에 대한 성형데이터를 수신하며, 수신된 성형데이터의 노광성형영역을 커버하며 도포 적층하도록 토출유니트(30)와 구동부(50)를 제어하고, 수신된 성형데이터의 조형판(20) 상 노광성형영역을 노광하도록 노광유니트(40)와 구동부(50)를 제어한다. 3D프린터(1)는 성형데이터를 수신하기 위하여 통신부(61) 내지 입력부(62)를 더 가질 수 있다. 제어부(60)는 조형판(20)과 토출유니트(30)가 구동부(50)를 제어하여 수직과 수평에 대한 토출위치가 되도록 한다. 이 후 제어부(60)는 토출유니트(30)의 토출구동부(36)를 제어하여 조형판(20) 상의 노광성형영역을 커버하도록 노광성형영역보다 넓은 도포영역에 광경화성 수지(2)를 토출하여 도포 적층한다. 노광성형영역은 상이한 물성의 광경화성 수지로 형성되는 복수의 세부영역으로 이루어진다. 도포영역은 노광성형영역의 외곽에 마련되어 회수작업에 의해 회수되는 외곽비노광영역을 가진다.
이 후 제어부(60)는 구동부(50)를 제어하여 조형판(20)과 노광유니트(40)가 수직과 수평에 대한 노광위치가 되도록 한다. 이 후 제어부(60)는 노광유니트(40)를 제어하여 노광성형영역에 DLP 광경화 또는 레이저 광경화을 수행한다. 이에 따라 광경화성 수지(2)를 토출하여 도포 적층하고 노광성형영역을 노광하여 정확한 형상으로 성형이 이루어지게 한다. 성형데이터는 조형판(20)과 토출유니트(30) 간의 간격에 대한 노광성형영역을 포함하며, 조형판(20)과 노광유니트(40) 간의 간격에 대한 노광성형영역을 포함한다.
제어부(60)는 도포작업과 노광작업 사이에 평탄화작업이 수행되도록 블레이드구동부(83)를 제어한다. 제어부(60)는 도포작업과 평탄화작업 사이에 예비경화노광을 수행하도록 구동부(50)와 노광유니트(40)를 제어한다.
조형판(20)에 대해 토출유니트(30), 노광유니트(40) 및 구동부(50)들은 순차적으로 작업위치 및 휴지위치 간을 이동하게 할 수 있다. 도포작업, 노광작업, 평탄화작업 중 적어도 일부는 수평방향 내 상이한 작업스테이지에서 수행되며, 조형판은 복수 개가 상이한 작업스테이지에서 해당 작업을 수행한다.
광센서(70)는 조형판(20)과 토출유니트(30) 간의 간격, 조형판(20)과 노광유니트(40) 간의 간격, 조형판(20)에 대한 토출유니트(30)의 위치 및 노광유니트(40)의 위치를 감지한다. 광센서(70)는 감지된 간격및 위치에 대한 정보를 제어부(60)로 전달한다. 제어부(60)는 광센서(70)로부터 전달받은 위치 및 간격정보를 이용하여 토출위치와 노광위치 그리고 조형판(20)과 토출유니트(30) 간의 간격, 조형판(20)과 노광유니트(40) 간의 간격이 되도록 구동부(50)를 제어한다.
평탄작업부(80)는 조형판(20)에 도포된 광경화성 수지(2)의 표면을 평탄화한다. 평탄작업부(80)는 평탄화블레이드(81), 블레이드아암(82) 및 블레이드구동부(83)를 포함한다. 평탄화블레이드(81)는 단위적층부의 표면을 평탄화한다. 평탄화블레이드(81)는 조형판(20) 상에 토출하여 도포 적층된 광경화성 수지(2)의 상면을 밀거나 깎거나 등의 작업을 하여 토출하여 도포 적층된 광경화성 수지(2)의 상면을 평탄화한다. 블레이드아암(82)은 블레이드(81)를 지지한다. 블레이드구동부(83)는 블레이드아암(82)에 지지되어 블레이드(81)가 평탄작업을 하도록 수평이동시킨다.
회수장치(90)는 조형판(20) 상 노광성형영역 외 경화되지 않은 광경화성 수지(2)를 회수한다. 회수장치(90)는 브러쉬로 마련될 수 있으며, 광경화된 성형물을 세척하는 용매를 뿌리는 수단일 수 있다. 노광유니트(40)에 의해 광경화된 노광성형영역 이외의 외측에 묻어 있는 광경화성 수지(2)를 세척하며 회수할 수 있는 수단이면 어느 것이던 가능하다. 회수장치(90)는 조형판(20)의 하부에 배치되는 회수조를 가지고 하방으로 떨어지는 광경화성 수지(2)를 모을 수 있도록 할 수 있다.
도 4는 3D프린팅의 동작도이다.
도 4(a) 구동부(50)에 의해 조형판(20)과 토출유니트(30)를 상대 이동시켜 토출위치가 되도록 한다. 복수의 토출노즐(35)에서 각각 다른 광경화성 수지(2)를 조형판(20)의 각각의 영역에 토출하여 도포 적층한다. 이에 연속으로 각각 다른 소재의 광경화성 수지(2)를 조형판(20) 상에 토출하여 도포 적층한다.
도 4(b) 구동부(50)에 의해 광경화성 수지(2)가 상면에 토출하여 도포 적층된 조형판(20)과 노광유니트(40)가 상대 이동 즉, 수평이동 및 수직이동되어 노광위치가 된다. 이후 노광유니트(40)가 노광성형영역을 자외선으로 예비 노광하여 예비 광경화시킨다.
도 4(c) 블레이드구동부(83)에 의해 조형판(20) 상의 예비 광경화된 광경화성 수지(2)를 평탄화하도록 블레이드(81)를 수평이동된다. 이에 의해 조형판(20) 상의 예비 광경화된 광경화성 수지(2)가 평탄화된다.
도 4(d) 구동부(50)에 의해 조형판(20) 상의 평탄화된 광경화성 수지(2)를 광경화하는 노광위치가 되도록 조형판(20)과 노광유니트(40)를 상대 이동된다. 이후 노광유니트(40)가 자외선을 비춰 조형판(20) 상의 평탄화된 광경화성 수지(2)를 광경화시키며 성형한다.
도 5는 변형 예시의 3D프린팅 동작도이다. 도 5는 조형판(210, 220)이 한 쌍으로 마련되는 실시 예이다.
도 5(a) 좌측의 조형판(210)과 복수의 토출노즐(350)이 토출위치가 되도록 상대 이동시키면서 조형판(210) 상에 복수의 광경화성 수지(2)를 토출하여 도포 적층한다.
도 5(b) 구동부(50)에 의해 좌측의 조형판(210)과 노광유니트(410)가 노광위치가 되도록 상대 이동시켜 노광성형영역을 예비 노광한다. 이와 동시에 구동부(50)에 의해 우측의 조형판(220)과 복수의 토출노즐(350)이 토출위치가 되도록 상대 이동시키면서 조형판(220) 상에 복수의 광경화성 수지(2)를 토출하여 도포 적층한다. 예비 노광은 노광성형영역의 가장자리영역부터 수행하여 블레이드(81)에 의해 평탄화작업이 이루어질 경우 세부영역이 다른 영역으로 밀림현상이나 번짐형상을 줄일 수 있도록 할 수 있다.
도 5(c) 블레이드구동부(83)에 의해 블레이드(810)가 수평이동하면서 조형판(210) 상에 예비경화된 광경화성 수지(2)를 평탄화시킨다. 이와 동시에 구동부(50)에 의해 조형판(220)과 노광유니트(410)가 노광위치가 되도록 상대 이동시키며 노광위치에서 자외선을 비춰 조형판(220) 상의 평탄화된 광경화성 수지(2)를 예비 광경화시킨다.
도 5(d) 구동부(50)에 의해 좌측의 조형판(210)과 노광유니트(410)가 노광위치가 되도록 상대 이동시켜 평탄화된 광경화성 수지(2)의 노광성형영역을 노광하여 광경화 성형한다. 이와 동시에 블레이드구동부(83)에 의해 블레이드(810)가 수평이동하면서 조형판(220) 상에 예비경화된 광경화성 수지(2)를 평탄화시킨다.
도 5(e) 좌측의 조형판(210)과 복수의 토출노즐(350)이 토출위치가 되도록 상대 이동시키면서 조형판(210) 상의 광경화 성형된 광경화층 상에 복수의 광경화성 수지(2)를 토출하여 도포 적층한다. 이와 동시에 구동부(50)에 의해 조형판(220)과 노광유니트(410)가 노광위치가 되도록 상대 이동시키며 노광위치에서 자외선을 비춰 조형판(220) 상의 평탄화된 광경화성 수지(2)를 광경화시켜 성형한다.
도 5(f) 구동부(50)에 의해 좌측의 조형판(210)과 노광유니트(410)가 노광위치가 되도록 상대 이동시켜 노광성형영역을 예비 노광한다. 이와 동시에 구동부(50)에 의해 우측의 조형판(220)과 복수의 토출노즐(350)이 토출위치가 되도록 상대 이동시키면서 조형판(220) 상에 복수의 광경화성 수지(2)를 토출하여 도포 적층한다.
상기의 도 5(a) 내지 도 5(f)의 과정을 반복하면서, 복수의 조형판(210, 220)으로 도포 작업, 예비 광경화 작업, 평탄화 작업 및 노광 작업을 연속적으로 신속하게 수행할 수 있다.
도 6은 3D프린팅 동작에 따른 성형공정도로써 광경화성 수지(2)가 토출하여 도포 적층되는 것을 나타낸다.
도 6(a) 구동부(50)에 의해 조형판(20)과 복수의 토출노즐(35)이 토출위치가 되도록 상대 이동시키면서 조형판(20)의 광경화 층과 도포층 즉 단위 적층부 각각의 영역에 복수의 광경화성 수지(2)(A, B, C)가 토출하여 도포 적층된다.
도 6(b) 조형판(20) 상의 광경화성 수지(2)의 상태를 나타내는 것으로, 광경화된 부분은 치아의 하단 형상이다. 광경화된 부분 좌우측의 외측에는 광경화가 되지 않은 미경화수지(C)가 위치하고 있다. 광경화된 부분은 하단으로부터 도포 작업, 예비 광경화 작업, 평탄화 작업 및 노광 작업을 연속적으로 수행하여 성형한 것이다. 광경화 층과 도포층 즉 단위 적층부 각각의 영역에 복수의 토출노즐(35)에 의해 복수의 광경화성 수지(2)(A, B, C)가 토출하여 도포 적층된다.
도 7는 3D프린팅 동작에 따른 성형공정도로써 광경화성 수지(2)가 광경화되는 것을 나타낸다.
도 7(a) 도 6(a)에서 조형판(20)의 광경화 층과 도포층 즉 단위 적층부 각각의 영역에 복수의 광경화성 수지(2)(E, F, G)가 토출된 상태에서 블레이드(81)에 의해 평탄화 작업이 된 후 구동부(50)에 의해 좌측의 조형판(20)과 노광유니트(40)가 노광위치가 되도록 상대 이동시켜 평탄화된 광경화성 수지(2)의 노광성형영역을 노광하여 광경화 성형한다.
도 7(b) 조형판(20) 상의 광경화성 수지(2)의 상태를 나타내는 것으로, 광경화된 부분은 치아의 하단 형상이다. 도 6(a)에서 조형판(20)의 광경화 층과 도포층 즉 단위 적층부 각각의 영역에 복수의 광경화성 수지(2)(E, F, G)가 토출하여 도포 적층된 상태에서 블레이드(81)에 의해 평탄화 작업이 된 노광성형영역의 광경화성 수지(2)가 광경화되었다. 이 경우에도 광경화된 부분 좌우측의 외측에는 광경화가 되지 않은 미경화수지(G)가 위치하고 있다. 광경화된 부분은 하단으로부터 도포 작업, 예비 광경화 작업, 평탄화 작업 및 노광 작업을 연속적으로 수행하여 성형한 것이다. 광경화 층과 토출층 상 각각의 영역에 복수의 토출노즐(35)에 의해 토출된 복수의 광경화성 수지(2)(A, B, C)의 노광성형영역만을 노광하여 광경화시킨다. 이에 의해 일 예로 인공치아가 완성된다.
상기의 실시 예 이외의 변형 실시 예를 설명한다.
상기의 회수장치는 브러시를 이용하거나 용매를 분사하여 미경화된 광경화성 수지(2)를 세척하여 회수하는 것이나 흡입유니트로 마련될 수 있다. 흡입유니트는 흡입하우징, 흡입실린더, 흡입피스톤, 흡입밸브, 흡입노즐, 흡입구동부 및 흡입아암으로 구성되어 광경화된 부분 좌우측의 외측의 광경화가 되지 않은 미경화수지(C)를 흡입하여 회수할 수도 있다. 이 경우 구동부는 흡입유니트구동부를 더 구비할 수 있다. 이 흡입유니트는 흡입이 이루어진 후 브러시를 이용하거나 용매를 분사하여 흡입이 이루이지지 않은 미경화된 광경화성 수지(2)를 세척할 수도 있다.
상기에서는 토출유니트, 평탄작업부, 노광유니트가 각각 분리된 것으로 설명되어 있으나 하나의 하우징에 토출유니트, 평탄작업부, 노광유니트가 각각 수직 이동 가능하게 결합되어 하우징이 수평 이동하면서 토출유니트에서 토출하면 수평이동 방향에 대하여 후단에 배치된 평탄작업부가 평탄작업을 하며 평탄작업부보다 후단에 배치된 노광유니트가 바로 노광하여 광경화시킬 수 있도록 할 수도 있다. 예비 광경화를 위하여 토출유니트, 노광유니트, 평탄작업부, 노광유니트로 배치될 수도 있다. 하우징의 수평 이동을 왕복하도록 하여 생산성을 향상하도록 할 수도 있는데 이를 위하여 하우징에 노광유니트, 평탄작업부, 노광유니트, 토출유니트, 노광유니트, 평탄작업부, 노광유니트의 순서로 배치되어 일방향으로의 수평 이동 시와 타방향으로의 수평 이동 시 모두 도포작업, 예비 광경화 작업, 평탄화 작업 및 노광 작업이 이루어지도록 하여 연속적으로 신속하게 성형할 수 있다.
상기의 3D프린터(1)로 인하여, 조형판(20) 상의 노광성형영역을 적어도 커버하면서 광경화성 수지(2)를 토출하게 하고, 성형데이터의 노광성형영역만을 노광하여 성형하므로 광경화성 수지(2)를 FDM(Fused Deposition Modeling)방식으로 토출하면서 DLP(Digital Light Processing)방식으로 노광성형영역만을 노광하므로 우수한 성형품질이 이루어질 수 있다. 복수의 토출노즐(35)에 의해 복수의 광경화성 수지(2)를 토출할 수 있어 다양한 소재로 하나의 성형물을 성형할 수 있다. 광센서(70)에 의해 조형판(20)의 정확하게 위치시킴으로써 조형판(20)의 노광성형영역에 광경화성 수지(2)를 정확하게 토출할 수 있으며, 노광성형영역의 토출된 광경화성 수지(2)를 정확하게 광경화시킬 수 있다. 블레이드(81)를 이용하여 조형판(20)에 토출된 광경화성 수지(2)를 평탄화할 수 있으므로 정확한 거리에서 광경화가 이루어지게 할 수 있으므로 성형품질이 향상될 수 있다. 예비 노광으로 조형판(20)에 토출된 광경화성 수지(2)를 예비경화시키므로 블레이드(81)에 의한 토출된 광경화성 수지(2)의 평탄화작업이 더욱 원활하게 될 수 있다. 한 쌍의 조형판(210, 220)이나 토출유니트(30)와 노광유니트(40)가 상호 위치 교환되도록 이동 가능하면 광경화성 수지(2)의 토출작업과 광경화작업이 연속적으로 신속하게 이루어질 수 있다. 광경화성 수지의 회수장치(90)로 인해 광경화에 의해 성형된 성형물 이외에 광경화되지 않은 광경화성 수지를 세척하여 회수할 수 있다.
1 : 3D프린터 2 : 광경화성 수지
10 : 베드 20 : 조형판
21 : 제1조형판 22 : 제2조형판
23 : 조형판 아암 30 : 토출유니트
31 : 토출하우징 32 : 실린더
33 : 피스톤 34 : 토출밸브
35 : 토출노즐 36 : 토출구동부
37 : 토출아암 40 : 노광유니트
41 : 노광램프 42 : 노광아암
50 : 구동부 51 : 조형판구동부
52 : 토출유니트구동부 53 : 노광유니트구동부
60 : 제어부 70 : 광센서
80 : 평탄작업부 81 : 블레이드
82 : 블레이드아암 83 : 블레이드구동부
90 : 회수장치

Claims (7)

  1. 3D 프린터에 있어서,
    다수의 단위적층부가 단계적으로 적층되어 형성되는 성형물을 지지하는 조형판;
    상기 조형판 상에 광경화성 수지를 도포하여 상기 단위적층부들을 형성하는 토출유니트;
    상기 단위적층부를 노광하여 광경화 성형하는 노광유니트;
    상기 조형판과 상기 토출유니트 및 상기 조형판과 상기 노광유니트를 상대 운동시켜 도포 적층 작업 및 노광 작업을 수행하도록 하는 구동부; 및
    상기 성형물의 성형데이터에 기초하여 각 단위적층부의 노광성형영역보다 넓은 도포영역에 대해 도포작업이 수행된 후 노광작업이 순차적으로 수행되도록 상기 토출유니트, 상기 노광유니트 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광성형영역은 상이한 물성의 광경화성 수지로 형성되는 복수의 세부영역으로 이루어지며,
    상기 토출유니트는 상이한 물성의 광경화성 수지들을 토출하는 복수의 토출노즐과 상기 토출노즐의 토출을 제어하는 토출밸브를 갖는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도포영역은 상기 노광성형영역의 외곽에 마련되어 회수작업에 의해 회수되는 외곽비노광영역을 가지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위적층부의 표면을 평탄화하는 평탄화블레이드와 상기 평탄화블레이드를 구동하여 평탄화작업을 수행하는 블레이드구동부를 더 가지며,
    상기 제어부는 상기 도포작업과 상기 노광작업 사이에 상기 평탄화작업이 수행되도록 상기 블레이드구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 도포작업과 상기 평탄화작업 사이에 예비경화노광을 수행하도록 상기 구동부와 상기 노광유니트를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조형판에 대해 상기 토출유니트, 상기 노광유니트 및 상기 구동부들은 순차적으로 작업위치 및 휴지위치 간을 이동하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도포작업, 상기 노광작업, 상기 평탄화작업 중 적어도 일부는 수평방향 내 상이한 작업스테이지에서 수행되며,
    상기 조형판은 복수 개가 상이한 작업스테이지에서 해당 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
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