KR20200023713A - 센서가 구비된 3d 프린터용 홀더, 이를 포함하는 3d 프린터 장치, 및 이를 이용한 조형물 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서가 구비된 3D 프린터용 홀더, 이를 포함하는 3D 프린터 장치 및 이를 이용한 조형물 제조방법 에 관한 것으로, 본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터용 홀더는 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층이 적층되는 증착기판, 및 상기 증착기판 상에 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층이 적층되는 경우 증착기판이 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 센서를 포함한다.

Description

센서가 구비된 3D 프린터용 홀더, 이를 포함하는 3D 프린터 장치, 및 이를 이용한 조형물 제조방법{3D PRINTER HOLDER EQUIPPED WITH A SENSOR, 3D PRINTER DEVICE INCLUDING THE SAME, AND PREPARATION METHOD OF SCULPTURE USING THE SAME}
본 발명은 센서가 구비된 3D 프린터용 홀더, 이를 포함하는 3D 프린터 장치 및 이를 이용한 조형물 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예는 3D 프린팅 기반 조형물 제작 중의 결함을 탐지하고, 초기 출력 위치로서 원점을 조절하는 3D 프린터용 홀더, 3D 프린터 및 이를 이용한 조형물 제조방법을 제공한다.
3D 프린터는 3차원의 도면 데이터를 이용하여 3차원의 입체적인 공간에 인쇄하는 장치로, 모재를 복수의 레이어의 형태로 연속적으로 적층하여 출력함으로서 3차원 형상의 물체를 형성하는 기능을 갖는다.
3D 프린팅 방식에는 광경화성 수지에 레이저 광을 조사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(StereoLithography Apparatus) 방식, 광경화성 수지가 저장된 투명 저장조의 하부로 프로젝터를 이용하여 광을 조사하는 DLP(Digital Light Processing)방식, 필라멘트를 압출하여 구조물을 적층하는 FDM(Fused Deposition Modeling)방식 등이 있다.
이러한 방식 등에 의하여 프린팅 하는 과정에서, 종래 적층된 레이어로 이루어진 조형물에 크랙(crack)등의 결함이 발생한 경우, 이 조형층의 결함을 즉시 탐지하는 데에 어려움이 있었다. 또한, 폴리디메틸실록산(PDMS) 등의 물질로 이루어진 공정판의 마모 등의 결함을 탐지하는 데에 어려움이 있었다. 또한, 3차원 조형물의 출력을 시작하기 위해서는 증착기판이 공정판의 바닥면에 접촉된 상태인 위치, 즉 원점으로 이동되어야 하는데, 원점을 정확하게 측정하는 데에 어려움이 있었다.
그러나 조형층이 모두 적층된 후에 크랙 등의 결함을 탐지하거나 공정판의 마모 등의 결함을 탐지한다면 다시 처음부터 공정을 시작해야 하므로 시간 및 비용이 낭비되는 문제가 있다. 또한, 초기 출력 위치로서 원점을 정확하게 측정하지 못하여 증착기판과 공정판이 제대로 접촉하지 않은 상태에서 출력이 시작하는 문제가 있다.
한국공개특허 KR 2018-0029789 미국공개특허 US 2016-0236414
본 발명은 센서를 이용하여 3D 프린팅 기반 조형물 제작 중의 결함을 실시간으로 판단하고, 공정 과정에서 증착기판이 제 위치에 배치되도록 구동부를 자동적으로 제어할 수 있는 3D 프린터 및 이를 이용하여 조형물을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터용 홀더는 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층이 적층되는 증착기판; 및 상기 증착기판 상에 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층이 적층되는 경우 상기 증착기판이 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 센서를 포함한다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터용 홀더는 상기 센서가 증착기판 상부에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터 장치는 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층이 적층되는 증착기판, 및 상기 증착기판 상에 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층이 적층되는 경우 상기 증착기판이 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 센서를 포함하는 3D 프린터용 홀더; 상기 3D 프린터용 홀더를 상하로 구동하는 구동부; 상기 3D 프린터용 홀더의 하부에 배치되고, 상기 증착기판 상에 적층되는 조형층의 원료물질이 상부에 배치되는 공정판을 포함하는 저장부; 및 상기 공정판의 상부에 배치된 조형층의 원료물질을 경화하는 광원부;를 포함한다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터 장치는 상기 센서가 측정한 상기 증착기판이 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘의 변화를 이용하여, 상기 증착기판 상에 적층된 조형층의 결함을 실시간으로 판단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터 장치는 상기 제어부가 상기 센서가 측정한 상기 증착기판이 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘과 기설정된 기준힘을 비교하여, 공정판의 결함을 판단하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터 장치는 상기 제어부가 상기 공정판의 제 1 위치 및 제 2 위치에서 상기 센서가 측정한 상기 증착기판이 상기 공정판을 가압하는 힘을 비교하여, 상기 증착기판이 원점에 배치되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터를 이용하여 공정의 결함을 탐지하는 방법은 공정판에 원료물질을 공급하는 단계; 상기 원료물질 상에 3D 프린터용 홀더의 증착기판을 배치하는 단계; 상기 원료물질의 적어도 일부를 경화하는 단계; 상기 3D 프린터용 홀더의 증착기판을 상기 공정판으로부터 이격하여 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 단계; 및 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터를 이용하여 공정의 결함을 탐지하는 방법은 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 단계 이후에, 상기 증착기판이 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘의 변화를 탐지하여 상기 증착기판 상에 적층된 조형층의 결함을 실시간으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터를 이용하여 공정의 결함을 탐지하는 방법은 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 단계 이후에, 상기 증착기판이 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘과 기설정된 기준힘을 비교하여, 상기 공정판의 결함을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터를 이용하여 원점을 조절하는 방법은 증착기판이 공정판의 제 1 위치 상에서 상기 공정판을 가압하는 단계; 센서가 상기 증착기판이 상기 공정판의 제 1 위치 상에서 상기 공정판을 가압하는 힘을 측정하는 단계; 상기 증착기판을 상기 공정판으로부터 이격하여 상기 공정판의 제 2 위치로 이동하는 단계; 상기 증착기판이 상기 제 2 위치 상에서 상기 공정판을 가압하는 단계; 상기 센서가 상기 증착기판이 상기 제 2 위치 상에서 상기 공정판을 가압하는 힘을 측정하는 단계; 상기 센서가 측정한 상기 제 1 위치 및 제 2 위치에서 상기 증착기판이 상기 공정판을 가압하는 힘을 비교하여, 원점을 판단하는 단계; 및 상기 증착기판이 상기 원점에 배치되도록 구동부를 제어하는 단계;를 포함한다.
3D 프린터를 이용하여 조형물을 제조하는 방법은 공정판에 원료물질을 공급하는 단계; 상기 원료물질 상에 3D 프린터용 홀더의 증착기판을 배치하는 단계; 상기 원료물질의 적어도 일부를 경화하는 단계; 및 상기 3D 프린터용 홀더의 증착기판을 상기 공정판으로부터 이격하여 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 단계;를 포함하고, 상기 원료물질 상에 3D 프린터용 홀더의 증착기판을 배치하는 단계는, 상기 3D 프린터용 홀더의 센서가 증착기판이 공정판을 가압하는 힘을 측정하여, 상기 증착기판이 공정판을 가압하는 힘이 기설정된 기준힘의 범위에 도달하도록 구동부를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터는 센서를 이용하여 3D 프린팅 기반 조형물 제작 중의 결함을 실시간으로 판단하고, 공정 과정에서 증착기판이 제 위치에 배치되도록 구동부를 자동적으로 제어할 수 있어 조형물의 결함 발생을 최소화 하는 자동화 공정방법을 수행한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터용 홀더를 도시한 것이다
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 센서의 구조도의 한 예이다
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 장치를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 장치가 프린팅 하는 공정을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 센서가 측정한 증착기판이 조형층을 탈착하는 힘을 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 6은 조형층에 결함이 발생한 경우 본 발명의 실시예에 따른 센서에 의해 측정된 증착기판이 조형층을 탈착하는 힘의 변화를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 7은 공정판에 결함이 발생한 경우 본 발명의 실시예에 따른 센서가 측정한 증착기판이 조형층을 탈착하는 힘이 기준힘에 도달하는 것을 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 저장부 상의 각각의 일부에서 센서가 증착기판이 공정판을 가압하는 힘을 측정하기 위해 저장부가 회전하는 모습을 나타낸 것이다.
도 9(a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 센서가 측정한 증착기판이 공정판을 가압하는 힘을 이용하여 원점을 찾는 방식을 나타낸 그림이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 센서가 공정 과정에서 증착기판을 제 위치에 배치하도록 구동부를 자동적으로 제어하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 문구 또는 문장에서 특별히 다르게 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "바람직한" 및 "바람직하게"는 소정 환경 하에서 소정의 이점을 제공할 수 있는 본 발명의 실시 형태를 지칭한다. 그러나, 동일한 환경 또는 다른 환경 하에서, 다른 실시 형태가 또한 바람직할 수 있다. 추가로, 하나 이상의 바람직한 실시 형태의 언급은 다른 실시 형태가 유용하지 않다는 것을 의미하지 않으며, 본 발명의 범주로부터 다른 실시 형태를 배제하고자 하는 것은 아니다.
각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 다르게 정의되어 있지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명을 보다 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 발명의 범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터용 홀더(1100)는 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층(20)이 적층되는 증착기판(1110); 및 증착기판(1110) 상에 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층(20)이 적층되는 경우 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 공정판(1310)으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 센서(1120)를 포함한다. 센서(1120)는 증착기판(1110)의 상부에 배치될 수 있다(도 1).
상기 증착기판(1110)은 저장부(1300) 위에서 상승 또는 하강하도록 배치되고, 하부에 저장부(1300) 내 광경화성 수지가 경화되어 조형되는 조형층(20)을 적층하게 된다.
상기 증착기판(1110) 상에 조형층(20)이 적층되는 방식에는 바텀업(bottom up) 방식과 탑다운(top down) 방식이 있다. 도 4에 따른 3D 프린팅 공정 방식은 바텀업 방식에 따른 것으로 조형층(20)이 증착기판(1110) 상의 하부에 적층된다.
바텀업 방식은 저장부(1300)의 아래에 광원부(1600)가 위치하고 저장부(1300)의 바닥을 통해 수지가 경화되면서 증착기판(1110) 하부에 경화된 조형층(20)이 적층되는 방식이다. 반면, 탑다운 방식은 저장부(1300)의 위에 광원부(1600)가 위치하고 증착기판(1110) 상부에 경화된 조형층(20)이 적층되는 방식이다. 본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터용 홀더(1100)는 바텀업 방식뿐 아니라 탑다운 방식에도 부착되어 적용될 수 있다.
상기 센서(1120)는 힘(force)이나 하중(load)와 같은 물리량을 측정하는 센서(1120)로서, 증착기판(1110) 상에 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층(20)이 적층되는 경우 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘이 가해지면 그 힘만큼 전기 신호가 발생하게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 센서(1120)의 구조도의 한 예를 도 2에 나타내었다. 그 외에도 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 탈착하는 힘을 측정할 수 있다면, 구조의 제한을 받지 않는다. 압력센서, 스트레인 게이지, 힘 센서 등이 사용될 수 있다.
상기 센서(1120)는 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 탈착하는 힘을 측정할 수 있다면 어느 위치에서나 가능하나, 바람직하게는 증착기판(1110)의 상부에 배치될 수 있고, 증착기판(1110)의 상부에 배치됨으로서 하부의 증착기판(1110) 상에 적층된 경화된 원료물질을 탈착하는 힘을 균일하게 측정할 수 있다.
상기 증착기판(1110)과 센서(1120)는 분리형일 수 있고, 일체형일 수 있다.
상기 센서(1120)는 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 탈착하는 힘에 대응하는 전기 신호를 생성하고, 생성된 전기 신호를 제어부(1400)로 출력한다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터 장치(1000)는 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층(20)이 적층되는 증착기판(1110), 및 증착기판(1110) 상에 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층(20)이 적층되는 경우 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 공정판(1310)으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 센서(1120)를 포함하는 3D 프린터용 홀더(1100); 3D 프린터용 홀더(1100)를 상하로 구동하는 구동부(1200); 3D 프린터용 홀더(1100)의 하부에 배치되고, 증착기판(1110) 상에 적층되는 조형층(20)의 원료물질(10)이 상부에 배치되는 공정판(1310)을 포함하는 저장부(1300); 및 공정판(1310)의 상부에 배치된 조형층(20)의 원료물질(10)을 경화하는 광원부(1600);를 포함한다(도 3).
상기 3D 프린터용 홀더(1100)에 관한 설명은 상기 서술한 바와 같다.
상기 구동부(1200)는 하기 서술할 제어부(1400)의 제어에 의해 상기 3D 프린터용 홀더(1100)가 상승 또는 하강하도록 동력을 제공한다. 상기 구동부(1200)는 3D 프린터용 홀더(1100)에 연결되며, 3D 프린터용 홀더(1100)의 3축 이동을 위한 구동력을 제공할 수 있으며, 후술하는 제어부(1400)와 전기적으로 연결된다. 상기 구동부(1200)는 유압식, 공압식 또는 전기식 엑츄에이터 중 어느 하나일 수 있으며 특별히 제한되지 않는다.
상기 저장부(1300)는 3차원의 조형물의 원료물질(10)이 되는 광경화성 수지 및 공정판(1310)이 배치된다. 저장부(1300)는 광경화성 수지가 광원부(1600)에서 조사되는 광에 의해 경화되는 공간을 제공한다. 광경화성 수지는 액체상태인 재료가 빛과 반응을 하면 고체상태가 되는 특성을 가진 재질로서, 폴리스티렌, 나일론, 에이비에스 수지(ABS) 등이 사용될 수 있다. 특히 자외선 경화성 수지는 보통 올리고머, 모노머, 광중합 개시제, 첨가제의 4가지로 구성되어 있다. 공정판(1310)은 투명재질로서 광원에서 조사되는 광의 투과성 및 내구성이 좋은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 폴리디메틸실록산(PDMS), 또는 테프론 테이프 등이 사용될 수 있으며, 자외선을 통과시킬 수 있는 물질이면 제한받지 않고 사용될 수 있다.
상기 광원부(1600)는 광경화성 수지를 경화시키는 자외선 등의 광을 조사한다. 상기 광원부(1600)는 저장부(1300)의 하부에 고정되어 구비되거나 이동 가능하게 구비될 수 있다. 광원으로부터 조사되는 광은 적외선(IR), 가시광선(VR), 자외선(UV), 레이저(laser) 또는 그들의 조합으로 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터 장치(1000)는 원료공급부(1500)를 더 포함할 수 있다. 상기 원료공급부(1500)는 원료물질을 저장부(1300)에 공급하는 역할을 한다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터 장치(1000)는 센서(1120)가 측정한 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 공정판(1310)으로부터 탈착하는 힘의 변화를 이용하여, 증착기판(1110) 상에 적층된 조형층(20)의 결함을 실시간으로 판단하는 제어부(1400)를 더 포함할 수 있다.
증착기판(1110) 상의 센서(1120)가 경화된 원료물질이 공정판(1310)으로부터 탈착될 때의 힘을 측정하고, 상기 측정된 값을 제어부(1400)로 송신할 수 있다. 상기 제어부(1400)는 상기 센서(1120)로부터 송신된 측정 값을 수신할 수 있고, 상기 수신한 측정 값을 저장하거나 연산할 수 있으며, 이를 통해 조형층(20)의 결함, 공정판(1310)의 결함 등에 대한 판단을 수행할 수 있다.
일 예로서 상기 제어부(1400)는 센서(1120)에 의해 입력 받은 힘의 변화를 판단하게 된다(도 5). 도 5의 그래프에 따르면, 조형층이 쌓이는 과정에서 증착기판이 조형층을 탈착하게 되면 탈착하는 힘이 커지게 되어, 힘의 피크가 형성(up)된다.
상기 제어부(1400)는 제어 대상을 제어하기 위한 프로그램이 저장된 메모리 및 저장된 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 제어부(1400)는 필요에 따라 하나의 프로세서를 포함할 수도 있고, 복수의 프로세서를 포함할 수도 있다. 또한, 복수의 프로세서가 하나의 칩 상에 집적될 수도 있고, 물리적으로 분리될 수도 있다.
증착기판 상에 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층(20)이 적층되면서 적층된 조형층(20)에 크랙 등의 결함이 발생한 경우, 센서(1120)가 측정한 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 탈착하는 힘의 변화를 나타낸 그래프를 도 6에 나타내었다.
도 6에 따르면 센서(1120)에 의해 측정된 힘의 피크가 각 층이 적층될수록 증가하게 되는데, 조형층(20)에 크랙이 발생한 경우, 피크가 나타나는 최대값에서 갑자기 힘의 크기가 감소하게 된다. 다시 말하면, 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 탈착하는 힘 피크의 최대값이 감소하는 것은 비탄성 크랙에 따른 응력 등의 스트레스가 감소함을 의미한다.
또한, 3D 프린팅 공정에서 자유라디칼 중합반응(free radical polymerization)이 일어나는 경우, 중합반응에 따라 특정한 형태가 그래프에 나타나는데, 이러한 형태가 나타나지 않으면 조형층(20)에 크랙이 발생하여 스트레스가 완화되어 있음을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터 장치(1000)의 제어부(1400)가 센서(1120)가 측정한 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 탈착하는 힘의 변화를 탐지하여, 증착기판(1110) 상에 적층된 조형층(20)의 결함을 실시간으로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터 장치(1000)는 제어부(1400)가 센서(1120)가 측정한 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 공정판(1310)으로부터 탈착하는 힘과 기설정된 기준힘을 비교하여, 공정판(1310)의 결함을 판단하는 것을 더 포함할 수 있다.
공정판(1310)에 결함이 발생한 경우 본 발명의 실시예에 따른 센서(1120)가 측정한 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 탈착하는 힘의 피크 값이 기준힘에 도달하는 것을 시간에 따라 나타낸 그래프를 도 7에 나타내었다.
도 7에 따르면 조형층(20)이 증착기판(1110)에 적층될수록 힘의 피크 값이 증가하게 되는데, 이는 3D 프린팅 공정에서 자유라디칼 중합반응(free radical polymerization)이 일어나는 경우, 자유라디칼이 산소와 반응하게 되면서, 점점 산소가 고갈되기 때문으로 해석될 수 있다.
일 예로서, 3D 프린팅 공정이 진행됨에 따라 앞서 설명한 중합반응이 진행될 수 있고 이로 인하여 공정판(1310)이 손상될 수 있다. 이 경우, 센서(1120)가 측정하는 힘의 피크가 증가할 수 있으며, 상기 센서(1120)가 측정한 힘이 기설정된 기준힘에 도달하게 되면 제어부(1400)는 상기 공정판(1310)에 결함이 있는 것으로 판단할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 장치(1000)의 제어부(1400)가 센서(1120)가 측정한 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 탈착하는 힘과 기설정된 기준힘을 비교하여, 공정판(1310)의 결함을 실시간으로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터 장치(1000)는 상기 제어부(1400)가 공정판(1310)의 제 1 위치 및 제 2 위치에서 센서(1120)가 측정한 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘을 비교하여, 증착기판(1110)이 원점에 배치되도록 구동부(1200)를 제어하는 것을 더 포함할 수 있다.
여기서 원점은 3D 프린터의 초기 출력 위치를 의미하며, 증착기판(1110)이 공정판(1310)에 접촉하는 위치가 된다. 공정판(1310)은 평평하지 않는 경우가 많으며, 증착기판(1110)이 닿는 부분에 따라 측정된 힘이 달라질 수 있다. 이때 공정판(1310)이 가장 평평한 부분이 원점이 되고, 이를 기준으로 조형층(20)이 적층되도록 자동으로 원점을 조절할 수 있다.
저장부(1300)는 자동적으로 회전하거나 좌우로 이동하게 되는데, 이때 센서(1120)가 공정판(1310)의 일부 위치에서 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘을 측정하게 된다. 도 8에서 회전하는 저장부(1300) 상에서 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘이 측정되는 측정부분(A), 즉 증착기판(1110)이 닿는 위치(A)를 나타내었다. 도 8에 따르면, 저장부(1130)가 회전 방향으로 회전함에 따라 홀더의 센서가 힘을 측정하는 위치(A)가 제1위치(B), 제2위치(C), 제3위치(D) 및 제4위치(E)로 순차적으로 이동할 수 있으며, 각 위치에서 상기 센서가 가압하는 힘을 측정할 수 있다.
저장부(1300)가 자동적으로 회전하거나 좌우로 이동하게 되면서 측정부분은 여러 위치가 되며, 원점을 찾아내게 되면, 제어부(1400)는 증착기판(1110)이 원점에 배치되도록 구동부(1200)를 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 센서가 측정한 증착기판이 공정판을 가압하는 힘을 이용하여 원점을 찾는 방식을 나타낸 그림이다. 구체적으로, 도 9(a)는 홀더가 공정판을 가압하여 힘을 측정하기 위해 공정판의 제1위치 상에 상기 홀더가 배치된 모습을 도시한 것이고, 도 9(b)는 홀더가 공정판을 가압하여 힘을 측정하기 위해 공정판의 제2위치 상에 상기 홀더가 배치된 모습을 도시한 것이다.
도 9에 따르면, 제1위치는 제2위치에 비해 보다 평평하며, 이때 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘은 제1위치에서 더 작은 값이 측정된다. 즉, 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘을 비교하여 가장 작은 값이 나타난 곳을 기준으로 원점을 설정하게 된다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터를 이용하여 공정의 결함을 탐지하는 방법은 공정판(1310)에 원료물질(10)을 공급하는 단계, 상기 원료물질(10) 상에 3D 프린터용 홀더(1100)의 증착기판(1110)을 배치하는 단계, 상기 원료물질(10)의 적어도 일부를 경화하는 단계, 상기 3D 프린터용 홀더(1100)의 증착기판(1110)을 상기 공정판(1310)으로부터 이격하여 상기 경화된 원료물질을 공정판(1310)으로부터 탈착하는 단계, 및 상기 경화된 원료물질을 공정판(1310)으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 단계를 포함한다.
공정판(1310)에 원료물질(10)을 공급하는 단계에서, 공정판(1310)및 원료물질(10)로서 수지는 상기 서술한 바와 같고, 상기 원료물질(10)로서 광경화성 수지를 저장부(1300)의 바닥에 도포하여 공급할 수 있다. 이를 위해 상기 3D 프린터 장치(1000)는 원료물질(10)을 저장하고 공급하는 부재 및 상기 원료물질(10)을 상기 공정판(1310)상에 일정한 두께로 제공하는 부재를 포함할 수 있다. 상기 원료물질(10)을 저장하고 공급하는 부재 및 상기 원료물질(10)을 상기 공정판(1310)상에 일정한 두께로 제공하는 부재는 3D 프린터 장치(1000) 분야에서 일반적으로 원료를 일정한 두께로 제공하기 위한 구성일 수 있으며 특별히 한정하지 않는다.
원료물질(10) 상에 3D 프린터용 홀더(1100)의 증착기판(1110)을 배치하는 단계에서, 3D 프린터용 홀더(1100)와 증착기판(1110)은 상기 서술한 바와 같고, 구동부(1200)에 의해 저장부(1300) 내의 공정판(1310)의 원점으로부터 일정 간격 띄어진 위치에 증착기판(1110)이 배치된다. 이때, 공정판(1310)의 원점은 상기 서술한 방법에 의해 측정되고 판단될 수 있다.
원료물질(10)의 적어도 일부를 경화하는 단계에서, 저장부(1300)의 하부에 위치하는 광원부(1600)로부터 자외선 등의 광을 받아 수지의 일부를 경화시킨다. 이때 광원부(1600)가 광을 조사하는 방식은 상기 서술한 바와 같다.
3D 프린터용 홀더(1100)의 증착기판(1110)을 공정판(1310)으로부터 이격하여 경화된 원료물질을 탈착하는 단계에서, 증착기판(1110) 하부에 조형층(20)이 적층된 경우 3D 프린터용 홀더(1100)에 부착된 구동부(1200)가 위로 이동하여 증착기판(1110)을 공정판(1310)으로부터 이격시켜 경화된 원료물질을 공정판(1310)으로부터 탈착시킨다.
경화된 원료물질을 탈착하는 힘을 측정하는 단계에서, 3D 프린터용 홀더(1100)에 포함되는 센서(1120)가 증착기판(1110) 상부에 부착된 상태에서 상기 원료물질(10)이 공정판(1310)으로부터 탈착되는 경우 증착기판(1110)에 작용하는 힘을 측정하게 된다. 이때 3D 프린터용 홀더(1100)에 포함되는 센서(1120) 및 센서(1120)가 증착기판(1110)이 작용하는 힘을 측정하는 방식은 상기 서술한 바와 같다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터를 이용하여 공정의 결함을 탐지하는 방법은 경화된 원료물질을 공정판(1310)으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 단계 이후에, 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 공정판(1310)으로부터 탈착하는 힘의 변화를 탐지하여 증착기판(1110) 상에 적층된 조형층(20)의 결함을 실시간으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 증착기판(1110) 상에 적층된 조형층(20)의 결함을 실시간을 판단하는 단계는 상기 서술한 3D 프린터 장치(1000)의 제어부(1400)가 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 탈착하는 힘의 변화를 탐지하여 제어하는 공정을 포함할 수 있고, 이는 상기 서술하였다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터를 이용하여 공정의 결함을 탐지하는 방법은 경화된 원료물질을 공정판(1310)으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 단계 이후에, 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 공정판(1310)으로부터 탈착하는 힘과 기설정된 기준힘을 비교하여, 공정판(1310)의 결함을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 공정판(1310)의 결함을 판단하는 단계는 상기 서술한 3D 프린터 장치(1000)의 제어부(1400)가 증착기판(1110)이 경화된 원료물질을 탈착하는 힘과 기설정된 기준힘을 비교하여 공정판(1310)의 결함을 탐지하여 제어하는 공정을 포함할 수 있고, 이는 상기 서술하였다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터를 이용하여 원점을 조절하는 방법은 증착기판(1110)이 공정판(1310)의 제 1 위치 상에서 공정판(1310)을 가압하는 단계, 센서(1120)가 증착기판(1110)이 공정판(1310)의 제 1 위치 상에서 공정판(1310)을 가압하는 힘을 측정하는 단계, 증착기판(1110)을 공정판(1310)으로부터 이격하여 공정판(1310)의 제 2 위치로 이동하는 단계, 증착기판(1110)이 제 2 위치 상에서 공정판(1310)을 가압하는 단계, 센서(1120)가 증착기판(1110)이 제 2 위치 상에서 공정판(1310)을 가압하는 힘을 측정하는 단계, 센서(1120)가 측정한 제 1 위치 및 제 2 위치에서 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘을 비교하여, 원점을 판단하는 단계, 및 증착기판(1110)이 원점에 배치되도록 구동부(1200)를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예를 따르는 3D 프린터를 이용하여 원점을 조절하는 방법은, 상기 서술한 증착기판(1110)이 공정판(1310)의 제 1 위치 및 제 2 위치를 포함한 각각의 일부 위치에서 공정판(1310)을 가압하는 힘을 측정하는 단계 및 원점을 판단하는 단계를 반복하여 수행할 수 있다.
상기 반복 수행되는 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘을 측정하고 원점을 판단하는 단계는 공정판(1310)에 원료물질(10)을 공급하는 단계 이전에 실시하는 것이 바람직하다. 저장부(1300)가 자동적으로 회전하거나 좌우로 이동하거나, 증착기판(1110)이 자동적으로 회전하거나 좌우로 이동하여 증착기판(1110)이 공정판(1310)에 닿는 위치가 달라질 수 있다. 이로서 증착기판(1110)이 공정판(1310)의 제 1위치 및 제 2 위치를 포함한 각각의 일부 위치에서 공정판(1310)을 가압하게 되며, 이는 공정판(1310)의 대부분의 면적을 포함하게 된다. 공정판(1310)및 증착기판(1110)은 상기 서술한 바와 같다.
센서(1120)가 공정판(1310)의 제 1 위치 및 제 2 위치를 포함한 각각의 일부 위치에서 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘을 측정하는 단계는, 센서(1120)가 증착기판(1110)이 공정판(1310)의 각각의 일부 위치에서 가압하는 힘을 측정하고, 상기 측정된 값을 제어부(1400)로 송신할 수 있다. 센서(1120) 및 센서(1120)가 공정판(1310)의 각각의 일부 위치에서 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘을 측정하는 방법은 상기 서술한 바와 같다.
공정판(1310)의 공정판(1310)의 제 1 위치 및 제 2 위치를 포함한 각각의 일부 위치에서 센서(1120)가 측정한 상기 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘을 비교하여 원점을 판단하는 방법은 상기 서술하였다(도 9).
증착기판(1110)이 원점에 배치되도록 구동부(1200)를 제어하는 단계는, 제어부(1400)가 제어부(1400)와 전기적으로 연결되어 있는 구동부(1200)를 상기 판단된 원점까지 자동적으로 하강시키는 것으로, 이 원점에서부터 조형층(20)이 증착기판(1110) 상에 증착된다.
3D 프린터를 이용하여 조형물을 제조하는 방법은 공정판(1310)에 원료물질(10)을 공급하는 단계, 상기 원료물질(10) 상에 3D 프린터용 홀더(1100)의 증착기판(1110)을 배치하는 단계, 상기 원료물질(10)의 적어도 일부를 경화하는 단계, 및 상기 3D 프린터용 홀더(1100)의 증착기판(1110)을 상기 공정판(1310)으로부터 이격하여 상기 경화된 원료물질을 공정판(1310)으로부터 탈착하는 단계를 포함하고, 상기 원료물질(10) 상에 3D 프린터용 홀더(1100)의 증착기판(1110)을 배치하는 단계는, 상기 3D 프린터용 홀더(1100)의 센서(1120)가 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘을 측정하여, 상기 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘이 기설정된 기준힘의 범위에 도달하도록 구동부(1200)를 제어하는 단계를 포함한다.
3D 프린터를 이용하여 조형물을 제조하는 방법은 공정판(1310)에 원료물질(10)을 공급하는 단계, 상기 원료물질(10) 상에 3D 프린터용 홀더(1100)의 증착기판(1110)을 배치하는 단계, 상기 원료물질(10)의 적어도 일부를 경화하는 단계, 및 상기 3D 프린터용 홀더(1100)의 증착기판(1110)을 상기 공정판(1310)으로부터 이격하여 상기 경화된 원료물질을 공정판(1310)으로부터 탈착하는 단계는 상기 서술한 바와 같다.
상기 원료물질(10) 상에 3D 프린터용 홀더(1100)의 증착기판(1110)을 배치하는 단계의 일 예로서 제 1 원료물질(10)이 증착기판(1110)에 적층된 후 제 2 원료물질(10)이 적층될 때, 제 2 원료물질(10)의 적층이 시작되는 위치를 찾아낼 수 있다. 이 위치에 증착기판(1110)이 위치하도록 자동적으로 제어할 수 있다.
일 예로서, 먼저 제 1 원료물질(10)이 원하는 두께만큼 적층되었을 때 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘을 기준점으로 하여 범위를 설정한다. 다음으로 실제 제 1 원료물질(10)이 적층된 후 센서(1120)가 측정한 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘이 상기 기설정된 기준힘의 범위에 들어오게 되면 그 위치에서 제 1 원료물질(10)에 이어 제 2 원료물질(10)이 적층이 된다. 그러나 상기 기설정된 기준힘의 범위를 벗어나게 되면 기준힘의 범위에 들어오도록 구동부(1200)가 제어되어 증착기판(1110)이 재배치 된다(도 10). 도 10의 n은 사용되는 순차적으로 적층되는 원료물질 중 n번째 원료물질을 의미하고, (n+1)은 (n+1)번째 원료물질을 의미한다.
다시 말하면, 제 1 원료물질(10)이 원하는 두께보다 덜 적층이 된 경우라면, 센서(1120)가 측정한 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘은 기준힘보다 작을 것이며, 이 경우 제 2 물질을 적층하기 전에 증착기판(1110)이 더 하부로 이동하도록 구동부(1200)가 제어될 것이다. 반면, 제 1 원료물질(10)이 원하는 두께보다 더 적층이 된 경우라면, 센서(1120)가 측정한 증착기판(1110)이 공정판(1310)을 가압하는 힘은 기준힘보다 클 것이며, 이 경우 제 2 물질을 적층하기 전에 증착기판(1110)이 더 상부로 이동하도록 구동부(1200)가 제어될 것이다.
10 : 원료물질 20 : 조형층
1000 : 3D 프린터 장치 1100 : 3D 프린터용 홀더
1110 : 증착기판 1120: 센서
1200 : 구동부 1300 : 저장부
1310 : 공정판 1400 : 제어부
1500 : 원료공급부 1600 : 광원부

Claims (11)

  1. 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층이 적층되는 증착기판; 및
    상기 증착기판 상에 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층이 적층되는 경우 상기 증착기판이 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 센서;를 포함하는,
    3D 프린터용 홀더.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 증착기판 상부에 배치되는,
    3D 프린터용 홀더.
  3. 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층이 적층되는 증착기판, 및 상기 증착기판 상에 경화된 원료물질로부터 복수의 조형층이 적층되는 경우 상기 증착기판이 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 센서를 포함하는 3D 프린터용 홀더;
    상기 3D 프린터용 홀더를 상하로 구동하는 구동부;
    상기 3D 프린터용 홀더의 하부에 배치되고, 상기 증착기판 상에 적층되는 조형층의 원료물질이 상부에 배치되는 공정판을 포함하는 저장부; 및
    상기 공정판의 상부에 배치된 조형층의 원료물질을 경화하는 광원부;를 포함하는,
    3D 프린터 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 센서가 측정한 상기 증착기판이 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘의 변화를 이용하여, 상기 증착기판 상에 적층된 조형층의 결함을 실시간으로 판단하는 제어부를 더 포함하는,
    3D 프린터 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 센서가 측정한 상기 증착기판이 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘과 기설정된 기준힘을 비교하여, 공정판의 결함을 판단하는 것을 더 포함하는,
    3D 프린터 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 공정판의 제 1 위치 및 제 2 위치에서 상기 센서가 측정한 상기 증착기판이 상기 공정판을 가압하는 힘을 비교하여, 상기 증착기판이 원점에 배치되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 더 포함하는,
    3D 프린터 장치.
  7. 공정판에 원료물질을 공급하는 단계;
    상기 원료물질 상에 3D 프린터용 홀더의 증착기판을 배치하는 단계;
    상기 원료물질의 적어도 일부를 경화하는 단계;
    상기 3D 프린터용 홀더의 증착기판을 상기 공정판으로부터 이격하여 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 단계; 및
    상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 단계;를 포함하는,
    3D 프린터를 이용하여 공정의 결함을 탐지하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 단계 이후에,
    상기 증착기판이 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘의 변화를 탐지하여 상기 증착기판 상에 적층된 조형층의 결함을 실시간으로 판단하는 단계를 더 포함하는,
    3D 프린터를 이용하여 공정의 결함을 탐지하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘을 측정하는 단계 이후에,
    상기 증착기판이 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 힘과 기설정된 기준힘을 비교하여, 상기 공정판의 결함을 판단하는 단계를 더 포함하는,
    3D 프린터를 이용하여 공정의 결함을 탐지하는 방법.
  10. 증착기판이 공정판의 제 1 위치 상에서 상기 공정판을 가압하는 단계;
    센서가 상기 증착기판이 상기 공정판의 제 1 위치 상에서 상기 공정판을 가압하는 힘을 측정하는 단계;
    상기 증착기판을 상기 공정판으로부터 이격하여 상기 공정판의 제 2 위치로 이동하는 단계;
    상기 증착기판이 상기 제 2 위치 상에서 상기 공정판을 가압하는 단계;
    상기 센서가 상기 증착기판이 상기 제 2 위치 상에서 상기 공정판을 가압하는 힘을 측정하는 단계;
    상기 센서가 측정한 상기 제 1 위치 및 제 2 위치에서 상기 증착기판이 상기 공정판을 가압하는 힘을 비교하여, 원점을 판단하는 단계; 및
    상기 증착기판이 상기 원점에 배치되도록 구동부를 제어하는 단계;를 포함하는
    3D 프린터를 이용하여 원점을 조절하는 방법.
  11. 공정판에 원료물질을 공급하는 단계;
    상기 원료물질 상에 3D 프린터용 홀더의 증착기판을 배치하는 단계;
    상기 원료물질의 적어도 일부를 경화하는 단계; 및
    상기 3D 프린터용 홀더의 증착기판을 상기 공정판으로부터 이격하여 상기 경화된 원료물질을 공정판으로부터 탈착하는 단계;를 포함하고,
    상기 원료물질 상에 3D 프린터용 홀더의 증착기판을 배치하는 단계는, 상기 3D 프린터용 홀더의 센서가 증착기판이 공정판을 가압하는 힘을 측정하여, 상기 증착기판이 공정판을 가압하는 힘이 기설정된 기준힘의 범위에 도달하도록 구동부를 제어하는 단계를 포함하는,
    3D 프린터를 이용하여 조형물을 제조하는 방법.
KR1020180098828A 2018-08-23 2018-08-23 센서가 구비된 3d 프린터용 홀더, 이를 포함하는 3d 프린터 장치, 및 이를 이용한 조형물 제조방법 KR102151415B1 (ko)

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