KR20200008985A - 엘시디 프로젝터를 이용한 삼차원 프린터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 빛을 조사하여 경화되는 광경화성물질을 이용한 3D프린터에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 단일 광원 LCD 프로젝터의 광조사범위를 넘어서는 대형 크기의 3D프린터에서 광원이 수지저장소의 상부에 위치하여 3차원 형상을 해상도를 유지하며 조형할 수 있는 3D 프린터에 관한 것이다.
Description
본 발명은 빛을 조사하여 경화되는 광경화성물질을 이용한 3D프린터에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 단일 광원 LCD 프로젝터의 광조사범위를 넘어서는 대형 크기의 3D프린터에서 광원이 수지저장소의 상부에 위치하여 3차원 형상을 해상도를 유지하며 조형할 수 있는 3D 프린터에 관한 것이다.
3D프린터란 횡종방향으로만 인쇄가 가능한 기존의 2D프린터의 방식에 높이 방향으로 인쇄가 가능하게 하는 적층형 디지털 공작기계를 뜻하며, 3D프린터는 인쇄 방식에 따라 광중합방식, 열용해적층방식 등으로 구분된다. 이 중 광중합방식에 국한한다면, 빛의 특정 파장에 반응하여 경화과 되는 광경화성 수지를 이용하여 광원을 통해 층층히 경화시키는 방식이다.
통상적으로 광중합방식 3D프린터의 종류로는 빔프로젝트의 DMD 미러를 이용하여 조형하고자 하는 빛을 선택적으로 반사시켜 경화시키는 DLP(digital light processing) 방식과 단일 광원을 특정 XY각도로 보낼 수 있도록 하는 갈바노미터와 같은 이용하여 경화시켜나가는 SLA(Stereo Litography)방식과 복수 개의 LED를 LCD(Liquid Crystal Display)의 편광판을 선택적으로 통과하여 경화시키는 LCD(Liquid Crystal Display)방식으로 나뉘어진다.
현재 광중합방식의 3D프린팅에 있어서 광원은 대부분 수지 저장용기의 하단에서 조사하여 층층이 적층하는 바텀 업(Bottom-Up)방식이다. 이때 작은 면적을 경화시킬 때 상기 3가지 방식은 정밀도에서 큰 차이가 없으나, 큰 면적으로 갈수록 리프팅을 할 때 광경화 수지와 플랫폼간의 접착력으로 인해 조형이 원활하게 되지 않으며, 리프팅의 반발력으로 인해 경화된 물체의 손상을 야기한다. 이러한 바텀 업(Bottom-Up)의 한계를 극복하고자 최근 광원이 수지 저장용기의 상단에 위치하여 조사하는 3D프린터 한국특허공개번호 제10-2019-0055036호(자외선 경화 물질을 이용한 3D 프린터 장치,2019.05.22.)와 한국등록특허공보 제10-18917090000호(SLA 3D프린터,2018.08.20.) 방식을 제시하고 있다.
그러나, DLP가 가지고 있는 발열 문제에 의한 수명 문제를 해결하기 위해 광경화 반응성을 저하시키는 IR필터를 차용 중이라는 것과 SLA가 가지고 있는 대면적일 경우 빌드 플레이트의 중심에서 멀 경우에 초점이 불일치하여 경화정도가 낮다는 것과 LCD방식의 3D프린터에서 UV LED의 거리가 멀어질수록 선실되는 광원이 많아 경화의 정도가 낮다는 점에 따른 한계를 극복하지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, LCD 프로젝터를 이용하여 대면적을 높은 해상도로 구현가능한 3D프린터를 제공하고자 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한, 본 발명은, 하부에 광경화수지를 담지하는 수지 저장용기와, 상기 수지 저장용기의 상부에 구비되어 경화된 광경화성 수지을 적층하는 빌드 플레이트와 3D 프린터의 상부에 위치하여 상기 하부의 수지 저장용기를 향해 빛을 조사하는 광원과 상기 광원 전면부에 위치한 확산렌즈와 상기 확산렌즈에서 일정 거리가 이격된 곳에 위치하여 확산된 광원을 정렬하기 위한 빔 정렬용 프레넬 렌즈와 상기 빔 정렬용 프레넬 렌즈 전면부에 위치하여 정렬된 빛을 선택적으로 통과시키는 이미지 LCD 패널, 상기 이미지 LCD 패널의 통과한 광원을 포커싱을 하기 위해 LCD패널 전면에 구비된 초점용 프로넬 렌즈와 상기 초점용 프로넬 렌즈의 일정 거리 이상 이격된 곳에 위치하여 빌드 플레이트의 초점을 조절하는 포커스 렌즈가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 광원으로부터 조사된 빛을 LCD프로젝터를 이용하여 빌드 플레이트 닿기 전까지 고르게 균일화함으로써, 광경화 수지가 고르게 균일하게 됨으로 경화된 광경화 수지의 품질을 상향시킬 수 있다.
또한 광원에서 확산렌즈를 이용하여 발열 문제를 최소화하여 교체주기를 늘릴 수 있다.
또한 광원에서 거리가 멀어도 선실되는 광원이 적어 경화 정도를 높일 수 있다.
또한 광원에서 거리가 멀어도 선실되는 광원이 적기에 Z축의 높이를 종래에 대비해서 높일 수 있다.
도 1는 실시예에 따른 3D 프린터 장치에서 광원이 확산 렌즈, 프레넬 렌즈, LCD 패널, 프레넬 렌즈, 포커스 렌지를 지나며 빌드 플레이트에 도달하는 경로를 나타낸 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 실시예는 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 LCD프로젝트를 이용하는 3D프린터는 도1에 도시된 바와 같이, 3D프린터의 하부에 위치하여 광경화수지를 담지하는 수지 저장용기(90)와, 상기 수지 저장용기의 상부에 구비되어 경화된 광경화성 수지을 적층하는 빌드 플레이트(70)와 3D 프린터의 상부에 위치하여 상기 하부의 수지 저장용기를 향해 빛을 조사하는 광원(10)과 상기 광원 전면부에 위치한 확산렌즈(20)와 상기 확산렌즈에서 일정 거리가 이격된 곳에 위치하여 확산된 광원을 정렬하기 위한 빔 정렬용 프레넬 렌즈(30)와 상기 빔 정렬용 프레넬 렌즈 전면부에 위치하여 정렬된 빛을 선택적으로 통과시키는 이미지 LCD 패널(40), 상기 이미지 LCD 패널의 통과한 광원을 포커싱을 하기 위해 LCD패널 전면에 구비된 초점용 프로넬 렌즈(50)와 상기 초점용 프로넬 렌즈의 일정 거리 이상 이격된 곳에 위치하여 빌드 플레이트의 초점을 조절하는 포커스 렌즈(60)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 광원(10)은 단일의 자외선 LED로 구성되며 파장은 405nm가 적절하다.여기서, 확산 렌즈는 반구의 형상으로 제조되어 광의 확산을 위해 제조된 렌즈를 뜻한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 LCD프로젝터를 이용한 3D프린터에 의해 제조가 되는 과정을 설명한다.
편의상 성형재료를 0.05mm 단위로 경화시켜 적층하는 경우를 예로서 설명한다.먼저 수지 저장용기(90)에 광경화수지(80)를 담지한다. 이어서 별도의 운송장치를 통해 빌드 플레이트(70)와 수지 저장용기(80) 상부와의 간격을 0.05mm가 되게 한다. 이어서 컴퓨터에 의해 제작된 3D 설계 데이터의 각 층 단면을 분리한 후, LCD 패널(40)으로 송출한다. 그리고 광원(10)에서 자외선을 조사하면, LCD 패널(40)에서 송출된 단면과 같이 광경화성 수지(80)가 경화된다. 이어서 빌드 플레이트(70)를 0.05mm 하강한다. 이에 따라 빌드 플레이트(70)와 수지 저장용기(80) 상부와의 간격은 0.1mm가 된다. 이 과정을 반복하며 광경화성 수지를 LCD에서 송출된 단면으로 경화를 시킴으로써 제품의 성형을 이룬다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
10: 광원
20: 확산 렌즈
30: 프레넬 렌즈
40: LCD 패널
50: 프레넬 렌즈
60: 포커스 렌즈
70: 빌드 플레이트
80: 수지 저장용기
90: 광경화성 수지
20: 확산 렌즈
30: 프레넬 렌즈
40: LCD 패널
50: 프레넬 렌즈
60: 포커스 렌즈
70: 빌드 플레이트
80: 수지 저장용기
90: 광경화성 수지
Claims (1)
- 3D프린터의 하부에 위치하여 광경화수지를 담지하는 수지 저장용기(90)와, 상기 수지 저장용기의 상부에 구비되어 경화된 광경화성 수지을 적층하는 빌드 플레이트(70)와 3D 프린터의 상부에 위치하여 상기 하부의 수지 저장용기를 향해 빛을 조사하는 광원(10)과 상기 광원 전면부에 위치한 확산렌즈(20)와 상기 확산 렌즈에서 일정 거리가 이격된 곳에 위치하여 확산된 광원을 정렬하기 위한 빔 정렬용 프레넬 렌즈(30)와 상기 빔 정렬용 프레넬 렌즈 전면부에 위치하여 정렬된 빛을 선택적으로 통과시키는 이미지 LCD 패널(40), 상기 이미지 LCD 패널의 통과한 광원을 포커싱을 하기 위해 LCD패널 전면에 구비된 초점용 프로넬 렌즈(50)와 상기 초점용 프로넬 렌즈의 일정 거리 이상 이격된 곳에 위치하여 빌드 플레이트의 초점을 조절하는 포커스 렌즈(60)가 구비된 것을 특징으로 하는 LCD 프로젝터를 사용하는 3D프린터.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020190174485A KR20200008985A (ko) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 엘시디 프로젝터를 이용한 삼차원 프린터 |
Publications (1)
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|---|---|
| KR20200008985A true KR20200008985A (ko) | 2020-01-29 |
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ID=69322542
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| KR1020190174485A KR20200008985A (ko) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 엘시디 프로젝터를 이용한 삼차원 프린터 |
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- 2019-12-24 KR KR1020190174485A patent/KR20200008985A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR101891709B1 (ko) | 2017-10-24 | 2018-08-24 | (주)링크솔루션 | Sla 3d 프린터 |
| KR20190055036A (ko) | 2019-05-02 | 2019-05-22 | 주식회사 피에스개발 | 자외선 경화 물질을 이용한 3d 프린터 장치 |
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