KR20200034844A

KR20200034844A - 원형 도포방식의 다종 소재 프린터

Info

Publication number: KR20200034844A
Application number: KR1020180109765A
Authority: KR
Inventors: 홍찬우; 김석범
Original assignee: (주)일루미네이드
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2020-04-01

Abstract

본 발명은 비정형의 원형 도포방식의 다종 소재 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 물성을 가진 복수의 광경화 소재를 신속하게 선택적으로 적층할 수 있고, 서로 다른 물성의 광경화 소재가 서로 혼합되지 않고 도포되도록 할 수 있는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터에 관한 것이다. 본 발명의 구성은 상부에 광경화 소재가 적층되는 플레이트부를 갖는 베이스유닛; 상기 베이스유닛의 상부에 상기 광경화 소재를 도포하고, 도포된 상기 광경화 소재가 기설정된 두께를 갖도록 형성하는 도포유닛; 및 상기 베이스유닛의 상부에 위치하며, 상기 베이스유닛 상에 도포된 상기 광경화 소재에 광을 조사하여 경화시키도록 마련된 광학유닛을 포함하며, 상기 도포유닛이 상기 플레이트부 상에 나선형으로 상기 광경화 소재를 적층하도록 상기 플레이트부가 회전 가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터를 제공한다.

Description

원형 도포방식의 다종 소재 프린터{CIRCULAR-JET METHOD 3-DIMENSIONAL PRINTER USING MULTIPLE MATERIAL}

본 발명은 비정형의 원형 도포방식의 다종 소재 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 물성을 가진 복수의 광경화 소재를 신속하게 선택적으로 적층할 수 있고, 서로 다른 물성의 광경화 소재가 서로 혼합되지 않고 도포되도록 할 수 있는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터에 관한 것이다.

일반적으로 3D 프린터는 컴퓨터 프로그램으로 만든 3차원 도면을 바탕으로 실물의 입체 모양, 즉, 조형물을 그대로 찍어내는 장치를 의미하는 것으로서, 사용되는 원료의 종류에 따라 고체 필라멘트를 원료로 사용하는 FDM(Fused Deposition Modeling)방식, 액체 원료를 사용하는 DLP(Digital Light Processing)방식, 파우더 형태의 원료를 사용하는 SLS(Selective Laser Sintering)방식 등으로 분류된다.

DLP 방식 3D 프린터의 경우, 미세 형상을 구현하는데 용이하여 최근에 널리 사용되고 있는데, 이러한 DLP방식 3D 프린터에 사용되는 액체의 원료는 자외선이나 가시광선에 의해 경화되는 물질인 광경화성 레진이 원료로 이용되고 있다.

또한, DLP 방식 3D 프린터는 기구적 구조에 따라 아래에서 윗쪽으로 출력물을 완성하는 상향식 방식과 위쪽에서 아래쪽으로 출력물을 완성하는 하향식 방식으로 구분된다.

이와 같은 DLP 방식 3D프린터는 단일의 레진 탱크를 가지며, 해당 레진 탱크 내에 수용된 레진만을 이용하여 성형함에 따라 복수의 상이한 레진을 이용한 다양한 3D 형상을 구현할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 광경화성 레진이 담긴 레진 탱크에 UV를 조사하여 레진 경화물을 형성할 경우, UV가 산란되면서 레진 탱크 내의 광경화성 레진의 물성이 변하여 최종 출력물의 품질이 고르지 못하게 되는 문제점이 있다.

그리고, 종래에는 수조 내에 소재를 담아둔 상태에서 작업을 수행했기 때문에, 수조의 깊이에 따라 소재의 물성이 균일하지 못하여 최종 출력물의 품질이 고르지 못한 문제점도 있었다.

한국등록특허 제10-1593488호

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 서로 다른 물성을 가진 복수의 광경화 소재를 신속하게 선택적으로 적층할 수 있고, 서로 다른 물성의 광경화 소재가 서로 혼합되지 않고 도포되도록 할 수 있는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 상부에 광경화 소재가 적층되는 플레이트부를 갖는 베이스유닛; 상기 베이스유닛의 상부에 상기 광경화 소재를 도포하고, 도포된 상기 광경화 소재가 기설정된 두께를 갖도록 형성하는 도포유닛; 및 상기 베이스유닛의 상부에 위치하며, 상기 베이스유닛 상에 도포된 상기 광경화 소재에 광을 조사하여 경화시키도록 마련된 광학유닛을 포함하며, 상기 도포유닛이 상기 플레이트부 상에 나선형으로 상기 광경화 소재를 적층하도록 상기 플레이트부가 회전 가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터를 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 베이스유닛은, 상부 내측에 상기 플레이트부가 결합되도록 마련되는 빌드부; 상기 빌드부의 하부에 마련되며, 상기 빌드부를 일방향 또는 타방향으로 회전시키도록 마련된 회전부; 및 상기 빌드부를 상승 또는 하강시키도록 마련된 승강부를 더 포함하며, 상기 승강부는, 상기 플레이트부상에 적층될 상기 광경화 소재의 두께만큼 승강되도록 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 빌드부는, 상기 플레이트부의 하부에 마련되는 빌드몸체; 및 상기 빌드몸체로부터 상부를 향해 돌출 형성되어, 상기 플레이트부의 하부에 형성된 결합홀과 결합되도록 마련된 결합핀을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 빌드부는, 상기 빌드몸체의 둘레를 따라 벽체를 형성하도록 연장되어 형성된 커버를 더 포함하며, 상기 빌드몸체는 상기 플레이트부에 비해 직경이 크게 형성되어, 상기 플레이트부와 상기 커버 사이에 떨어진 광경화 소재가 회수 가능하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 도포유닛은, 상기 베이스유닛의 상부에 상기 광경화 소재를 도포하는 도포부; 및 도포된 상기 광경화 소재가 기설정된 두께를 갖도록 형성하는 블레이드부를 포함하며, 상기 도포부는 상기 블레이드부의 내측에서 상기 베이스유닛의 상부를 향해 상기 광경화 소재를 도포하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 도포부는, 제1 소재를 공급받는 제1 공급체; 제2 소재를 공급받는 제2 공급체; 및 상기 블레이드부의 내측에 마련되며, 상기 제1 공급체 및 상기 제2 공급체로부터 제공받은 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재를 혼합하고, 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재를 혼합하여 형성된 광경화 소재를 상기 베이스유닛의 상부에 도포하도록 마련된 혼합체를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 블레이드부는, 내부에 상기 혼합체가 마련되는 상기 블레이드몸체; 및 상기 블레이드몸체의 내측에 마련되며, 상기 혼합체로부터 도포되는 광경화성 소재가 상기 베이스유닛의 상부에 도포될 수 있는 유로를 형성하는 도포유로를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 복수의 소재가 상호 분리되어 개별적으로 저장되며, 저장된 각 소재를 상기 도포유닛에 공급하도록 마련된 저장유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 저장유닛으로부터 기설정된 비율에 따라 각 소재를 제공받고, 제공받은 소재를 혼합하여 형성된 상기 광경화 소재를 상기 도포유닛에 공급하도록 마련된 믹서유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 광학유닛은, 상기 플레이트부의 지름 방향을 따라 복수개로 마련된 노광부를 포함하며, 각각의 상기 노광부의 광에너지는 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 다양한 물성을 갖는 광경화 소재의 적용을 통해, 다종 소재로 이루어져 경사기능성을 갖는 출력물을 출력하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 계속 혼합이 이루어진 광경화 소재를 도포함으로서, 도포되는 광경화 소재의 물성이 균일하다.

또한, 본 발명은 플레이트부를 회전시킴으로써, 플레이트부 상에 원형으로 광경화 소재가 쉽고 빠르게 적층되도록 할 수 있다.

그리고, 본 발명은 필요한 부분에만 광경화 소재를 도포한 후에, 경화를 수행하기 때문에 동시에 여러 소재의 광경화 소재를 도포 및 경화가 가능하며, 소재도 절약할 수 있다.

또한, 본 발명은 블레이드부 내에서 광경화 소재가 도포되도록 마련되기 때문에, 도포된 광경화 소재가 도포된 즉시 블레이딩될 수 있다. 그리고, 도포된 광경화 소재가 즉시 블레이딩되기 때문에 인접한 광경화 소재간 상호 혼합되는 문제를 방지할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원형 도포방식의 다종 소재 프린터의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원형 도포방식의 다종 소재 프린터의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원형 도포방식의 다종 소재 프린터의 광경화 소재의 도포방법을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원형 도포방식의 다종 소재 프린터의 도포유닛의 측면 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 원형 도포방식의 다종 소재 프린터의 도포유닛의 정면 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 원형 도포방식의 다종 소재 프린터의 도포유닛 및 광학유닛을 상부에서 바라본 예시도이다.
도 7은 분산형 복합재료와 광경화 소재를 이용한 출력물의 위치에 따른 물성 변화를 나타낸 비교예시도이다.
도 8의 (a)는 종래의 3D 프린터를 이용해 형성된 출력물의 기능입자를 나타낸 예시도이다.
도 8의 (b)는 종래의 3D 프린터를 이용하여 형성된 단일방향의 경사기능성을 갖는 출력물의 기능입자를 나타낸 예시도이다.
도 8의 (c)는 본 발명의 일실시예에 따른 원형 도포방식의 다종 소재 프린터에 의해 형성된 출력물의 기능입자를 나타낸 예시도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원형 도포방식의 다종 소재 프린터의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원형 도포방식의 다종 소재 프린터의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원형 도포방식의 다종 소재 프린터의 광경화 소재의 도포방법을 나타낸 예시도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원형 도포방식의 다종 소재 프린터의 도포유닛의 측면 예시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 원형 도포방식의 다종 소재 프린터의 도포유닛의 정면 예시도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 원형 도포방식의 다종 소재 프린터의 도포유닛 및 광학유닛을 상부에서 바라본 예시도이다.

도 1 내지 도 6에 도시된 것처럼, 원형 도포방식의 다종 소재 프린터(1000)는 베이스유닛(1100), 도포유닛(1200), 저장유닛(1300), 믹서유닛(1400) 및 광학유닛(1500)을 포함할 수 있다.

상기 베이스유닛(1100)은 상기 원형 도포방식의 다종 소재 프린터(1000)의 외형을 형성하며, 플레이트부(1110), 빌드부(1120), 회전부(1130), 승강부(1140), 제어부(1150) 및 펌프부(1160)를 포함할 수 있다.

상기 플레이트부(1110)는 상부에 광경화 소재가 적층되도록 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 플레이트부(1110)는 상기 도포유닛(1200)에 의해 나선형으로 상기 광경화 소재가 적층될 수 있도록 회전 가능하게 마련될 수 있다.

그리고, 상기 플레이트부(1110)는 상부에 광경화 소재가 적층되도록 원반형태로 마련될 수 있으나, 플레이트부(1110)의 형상을 이에 한정하는 것은 아니다.

그리고, 상기 플레이트부(1110)의 하부에는, 상기 빌드부(1120)와 결합되도록 하기 위해 하나 이상의 결합홀이 형성될 수 있다.

상기 빌드부(1120)는, 상부 내측에 상기 플레이트부(1110)가 결합되도록 마련될 수 있으며, 빌드몸체(1121), 결합핀(1122) 및 커버(1123)를 포함할 수 있다.

상기 빌드몸체(1121)는 상기 플레이트부(1110)의 하부에 마련될 수 있다.

상기 결합핀(1122)은 상기 빌드몸체(1121)로부터 상부를 향해 돌출 형성되어, 상기 플레이트부(1110)의 하부에 형성된 결합홀과 결합되도록 마련될 수 있다. 상기 결합핀(1122)에 의해 상기 플레이트부(1110)는 상기 빌드몸체(1121)로부터 쉽게 탈부착될 수 있다.

상기 커버(1123)는 상기 빌드몸체(1121)의 둘레를 따라 벽체를 형성하도록 연장되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 빌드몸체(1121)는 상기 플레이트부(1110)에 비해 직경이 크게 형성되어, 상기 플레이트부(1110)와 상기 커버(1123) 사이의 이격된 공간으로 떨어진 광경화 소재를 회수하도록 마련될 수 있다.

상기 회전부(1130)는 상기 빌드부(1120)의 하부에 마련되며, 상기 빌드부(1120)를 일방향 또는 타방향으로 회전시키도록 마련될 수 있으며, 회전몸체(1131), 로터리(1132), 회전축(1133)을 포함할 수 있다.

상기 회전몸체(1131)는 상기 회전부(1130) 전체를 지지하는 몸체를 형성하며, 상기 빌드부(1120)의 하부에 고정되어 마련될 수 있다. 그리고, 상기 회전몸체(1131)의 내부에는 회전모터(미도시)가 마련될 수 있다.

상기 로터리(1132)는 상기 빌드부(1120)와 상기 회전몸체(1131) 사이에 마련되며, 상기 빌드부(1120)의 상기 빌드몸체(1121)와 고정 결합될 수 있다. 그리고, 상기 로터리(1132)는 상기 회전축(1133)이 회전할 때, 회전이 이루어지도록 마련될 수 있다.

상기 회전축(1133)은 일단은 상기 로터리(1132)에 고정 결합되며, 타단은 상기 회전몸체(1131)의 내부에 마련된 회전모터에 결합될 수 있다. 이처럼 마련된 회전축(1133)은 상기 회전모터에 의해 동력을 제공받아 일방향 또는 타방향으로 회전하여 상기 로터리(1132)를 일방향 또는 타방향으로 회전시킬 수 있다.

이처럼 회전되는 상기 로터리(1132)는 상기 빌드부(1120)를 회전시키고, 상기 빌드부(1120)는 상기 플레이트부(1110)를 회전시킬 수 있다.

상기 승강부(1140)는 상기 빌드부(1120)를 상승 또는 하강시키도록 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 승강부(1140)는 상기 회전부(1130)의 회전몸체(1131)의 하부에 마련되어, 상기 회전부(1130)를 승강시키도록 마련될 수 있다.

이때, 상기 승강부(1140)는 상기 플레이트부(1110)상에 적층될 상기 광경화 소재의 두께만큼 승강되도록 마련될 수 있다.

일 예로, 상기 승강부(1140)는 상기 도포유닛(1200)이 상기 플레이트부(1110) 상에 1mm의 두께로 광경화 소재를 도포하고자 할 경우, 상기 승강부(1140)는 상기 플레이트부(1110)의 높이를 1mm 하강 시킬 수 있다. 단, 상기 플레이트부(1110) 상의 도포 두께가 1mm로 기재한 것은 예시적으로 나타낸 것일뿐 이를 한정하려 함은 아니다.

상기 제어부(1150)는, 상기 원형 도포방식의 다종 소재 프린터(1000)의 각 구성을 제어하도록 마련될 수 있다.

상기 펌프부(1160)는, 상기 도포유닛(1200)과 연결되어 마련되어 상기 광경화 소재를 이송하도록 마련될 수 있다.

상기 도포유닛(1200)은 상기 베이스유닛(1100)의 상부에 상기 광경화 소재를 도포하고, 도포된 상기 광경화 소재가 기설정된 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 이처럼 마련된 상기 도포유닛(1200)은 도포부(1210) 및 블레이드부(1220)를 포함할 수 있다.

상기 도포부(1210)는 상기 베이스유닛(1100)의 상부에 상기 광경화 소재를 도포하도록 마련되며, 제1 공급체(1211), 제2 공급체(1212) 및 혼합체(1213)를 포함할 수 있다.

상기 제1 공급체(1211)는 제1 소재를 공급받도록 마련될 수 있으며, 상기 제2 공급체(1212)는 제2 소재를 공급받도록 마련될 수 있다.

여기서, 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재는 상기 플레이트부(1110)상에 최종적으로 도포될 광경화 소재를 구성하는 소재를 지칭할 수 있으며, 소재의 개수는 2개로 한정되지 않고 복수개로 마련될 수 있고, 공급체의 개수도 소재의 개수와 대응되는 개수로 마련될 수 있다.

상기 혼합체(1213)는 상기 블레이드부(1220)의 내측에 마련되며, 상기 제1 공급체(1211) 및 상기 제2 공급체(1212)로부터 제공받은 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재를 혼합하도록 마련될 수 있다. 그리고, 상기 혼합체(1213)는 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재를 혼합하여 형성된 광경화 소재를 상기 베이스유닛(1100)의 상부에 도포하도록 마련될 수 있다.

그리고, 상기 도포부(1210)는 상기 블레이드부(1220)에 복수개로 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 도포부(1210)는 상기 플레이트부(1110)의 지름 방향을 따라 복수개로 마련될 수 있다. 그리고, 상기 도포부(1210)에 의해 도포되는 광경화성 소재는 서로 같거나 다를 수 있다. 즉, 상기 도포부(1210)는 각각 상기 제1 소재와 상기 제2 소재가 혼합되는 비율이 서로 같거나 다르게 마련될 수 있다.

이처럼 마련된 도포부(1210)는, 상기 플레이트부(1110)가 회전될 때, 상기 플레이트부(1110)의 중심에서의 거리 및 높이에 따라 각기 같거나 다른 물성을 갖는 광경화성 소재를 도포할 수 있다.

즉, 상기 도포부(1210)는 경사기능을 갖는 출력물을 형성하도록 출력물의 방사방향 및 높이방향으로 성분 및 조성을 연속적으로 변화시켜가며 도포하도록 마련될 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 의해 출력되는 3차원 출력물(B)은 경사기능성을 갖는 경사기능재료로서의 성질을 갖도록 마련된다. 여기서, 경사기능재료(Functionally Graded Materials: FGM)는 종래의 재료가 가진 성능향상의 한계를 타파하기 위하여 제안된 신개념의 기능재료로서, 성질이 서로 다른 두 재료를 단순히 접합하는 것이 아니라, 두 재료의 조성을 단계적으로 변화시켜 경사 조성화 함으로써 재료의 물성이 연속적으로 변화됨과 동시에 두 재료의 특성이 충분히 발현되도록 설계한 새로운 개념의 복합재료이다.

따라서, 본 발명의 상기 도포부(1210)는 상기 광경화 소재를 도포할 때, 상기 출력물(B)의 위치에 따라 광경화 소재의 물성을 변경하여 도포함으로써, 위치에 따라 기설정된 기능성을 갖는 출력물(B)이 형성되도록 마련될 수 있다. 여기서, 기능성이란 탄성률, 열전도율, 열팽창계수등의 재료의 물성을 의미할 수 있다.

또한, 상기 혼합체(1213)는 상기 광경화성 소재가 도포되기 전까지 계속 혼합하기 때문에 상기 광경화 소재의 물성이 균일한 상태에서 도포되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 도포부(1210)는 상기 플레이트부(1110)에 적층되어야 하는 광경화 소재의 양과 도포하는 광경화 소재하는 양이 대응되도록 제어될 수 있다. 구체적으로, 플레이트부(1110)가 회전하면서 광경화 소재가 도포되기 때문에 플레이트부(1110)의 중심에서 멀어질수록 각속도는 일정하지만 선속도는 다르다. 따라서, 상기 도포부(1210)는 상기 플레이트부(1110)의 중심에서의 거리에 따라 광경화 소재의 도포량이 서로 다르게 제어될 수 있다.

상기 블레이드부(1220)는 도포된 상기 광경화 소재가 기설정된 두께를 갖도록 형성할 수 있으며, 블레이드몸체(1221) 및 도포유로(1222)를 포함할 수 있다.

상기 블레이드몸체(1221)는 상기 블레이드부(1220)의 외형을 형성하며, 내부에 상기 혼합체(1213)가 마련될 수 있다.

또한, 상기 블레이드몸체(1221)의 바닥면은 상기 플레이트부(1110) 또는 기적층된 광경화 소재의 상면으로부터 기설정된 간격만큼 이격되도록 마련될 수 있다. 이때의 이격거리는 도포할 소재의 두께만큼일 수 있다. 그리고, 이격거리는 상기 승강부(1140)에 의해 조절될 수 있다.

상기 블레이드몸체(1221)는 도포된 상기 광경화 소재가 균일하게 적층되도록 할 수 있다.

상기 도포유로(1222)는 상기 블레이드몸체(1221)의 내측에 마련되며, 상기 혼합체(1213)로부터 도포되는 광경화성 소재가 상기 베이스유닛(1100)의 상부에 도포될 수 있는 유로를 형성할 수 있다.

즉, 상기 도포부(1210)는 상기 도포유로(1222)를 통해 상기 블레이드부(1220)의 내측에서 상기 베이스유닛(1100)의 상부를 향해 상기 광경화 소재를 도포하도록 마련될 수 있다.

이처럼, 상기 블레이드몸체(1221)의 내측에서 광경화 소재가 도포되기 때문에, 상기 광경화 소재는 도포되는 즉시, 상기 블레이드몸체(1221)에 의해 블레이딩될 수 있다.

만약, 도포부와 블레이드부가 별도로 마련되고, 도포부에 의해 광경화 소재가 도포된 후에 도포부(1210)를 뒤따르던 블레이드부가 상기 광경화 소재를 블레이딩하게 될 경우, 블레이딩 멈춤 시 도포부와 블레이드부 사이에 광경화 소재가 뭉치는 현상(bulging)이 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 상기 블레이드몸체(1221)는 이러한 문제가 발생하지 않을 수 있다.

또한, 상기 플레이트부(1110)가 회전할 때 도포된 광경화 소재는 원심력에 의해 바깥쪽으로 점차 이동하게 된다. 하지만, 본 발명에 따른 상기 블레이드몸체(1221)는, 광경화소재가 도포된 즉시 광경화 소재를 블레이딩하도록 마련되기 때문에 도포된 광경화 소재가 바깥쪽으로 이동하여 뭉치거나 다른 광경화 소재와 혼합되는 문제를 방지할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 상기 블레이드부(1220)의 상기 블레이드몸체(1221)는 양 측면이 기적층된 출력물(B)의 중심측 상면과 바깥측 상면과 접하도록 마련될 수 있다. 이처럼 형성된 상기 블레이드몸체(1221)는 상기 출력물(B)상에 도포되는 광경화 소재가 출력물(B)의 내측면 또는 외측면으로 흘러내리는 문제를 방지할 수 있다.

상기 저장유닛(1300)은 복수의 소재가 상호 분리되어 개별적으로 저장되며, 저장된 각 소재를 상기 도포유닛(1200)에 공급하도록 마련될 수 있으며, 제1 저장부(1310) 및 제2 저장부(1320)를 포함할 수 있다.

상기 제1 저장부(1310)에는 제1 소재가 저장되며, 상기 제2 저장부(1320)에는 상기 제2 소재가 마련될 수 있다. 저장부의 개수는 이에 한정되지 않으며, 소재의 개수와 동일하게 마련될 수 있다.

상기 믹서유닛(1400)은, 상기 저장유닛(1300)으로부터 기설정된 비율에 따라 각 소재를 제공받고, 제공받은 소재를 혼합하여 형성된 상기 광경화 소재를 상기 도포유닛(1200)에 공급하도록 마련될 수 있다. 상기 믹서유닛(1400)에는 상기 도포부(1210)의 개수와 동일한 믹서부가 마련될 수 있으며, 각 믹서부는 상기 도포부(1210)와 일대일 대응되도록 마련될 수 있다.

상기 믹서유닛(1400)이 마련된 경우, 상기 도포유닛(1200)에 제1 공급체(1211) 및 제2 공급체(1212)는 구비되지 않을 수 있으며, 상기 믹서유닛(1400)은 상기 혼합체(1213)와 직접 연결될 수 있다. 이때, 상기 혼합체(1213)는 믹서유닛(1400)으로부터 제공받은 광경화 소재를 균일한 물성을 유지하도록 혼합한 상태에서 바로 상기 플레이트부(1110) 상에 도포할 수 있다.

상기 광학유닛(1500)은 상기 베이스유닛(1100)의 상부에 위치하며, 상기 베이스유닛(1100) 상에 도포된 상기 광경화 소재에 광을 조사하여 경화시키도록 마련될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 광학유닛(1500)은 상기 도포유닛(1200)의 후방에 위치하여 상기 도포유닛(1200)에 의해 도포 및 블레이딩된 광경화 소재에 즉시 광조사를 수행하도록 마련될 수 있다.

그리고, 상기 광학유닛(1500)은, 상기 플레이트부(1110)의 지름 방향을 따라 복수개로 마련된 노광부(미도시)를 포함하며, 각각의 상기 노광부의 광에너지는 독립적으로 제어될 수 있다.

구체적으로, 노광부는 LED어레이로 마련될 수 있는데, 이처럼 마련된 노광부는 상기 도포유닛(1200)에 의해 도포되는 서로 다른 각 소재를 경화시킬 수 있는 에너지를 조사하도록 마련될 수 있다. 즉, 도포유닛(1200)에 의해 도포되는 소재는 지름 방향을 따라 종류가 다르게 마련될 수 있다. 이에 상기 지름 방향을 따라 마련된 노광부는 각 소재의 위치에 따라 대응되는 에너지를 조사하도록 마련될 수 있다.

이처럼 마련된 상기 광학유닛(1500)은 위치에 따라 필요한만큼의 광에너지를 효율적으로 조사할 수 있다.

여기서, 광학유닛(1500)은 DLP, LCD, LCOS 방식의 광 조사를 수행하도록 마련될 수 있으며, UV광을 조사하도록 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 광경화 소재를 광경화시킬 수 있는 광원을 모두 포함한다.

특히, 종래에는 소재를 도포한 후에, 도포를 멈추고 광을 조사하여 소재를 경화시키고, 이형을 수행하는 방식으로 이루어져 왔으나, 본 발명은 소재의 도포와 경화가 멈추지 않고 연속적으로 이루어져 연속적이고 신속하게 출력물(B)을 프린팅하는 것이 가능하다.

구체적으로, 본 발명은 도포유닛(1200)이 상기 플레이트부(1110)상에 소재를 도포할 때, 상기 플레이트부(1110)는 회전 및 하강이 이루어진다. 그리고, 상기 광학유닛(1500)은 상기 도포유닛(1200)의 후단에서 도포된 소재에 광을 조사하여 도포된 소재가 즉 경화되도록 한다.

즉, 본 발명의 플레이트부(1110)는 계속 회전 및 하강하면서 상부에 도포 및 경화가 연속해서 계속 이루어지도록 함으로써 연속적인 프린팅이 가능한 특징이 있다.

도 7은 분산형 복합재료와 광경화 소재를 이용한 출력물의 위치에 따른 물성 변화를 나타낸 비교예시도이다.

도 7와 같이, 기존 균일하게 입자가 분산된 광경화 소재를 이용할 경우 모든 부위에서 기능성이 동일하나, 본 발명에서 제시하는 다종 광경화 소재를 동시에 방사 방향 및 높이 방향으로 출력할 수 있는 장비를 이용하면 부위별로 기능성이 다른 출력물을 구현할 수 있다.

그리고, 본 발명은 필요한 부분에만 광경화 소재를 도포한 후에, 경화를 수행하기 때문에 동시에 여러 소재의 광경화 소재를 도포 및 경화가 가능하며, 소재도 절약할 수도 있다.

도 8의 (a)는 종래의 3D 프린터를 이용해 형성된 출력물의 기능입자를 나타낸 예시도이다.

도 8의 (b)는 종래의 3D 프린터를 이용하여 형성된 단일방향의 경사기능성을 갖는 출력물의 기능입자를 나타낸 예시도이다.

도 8의 (c)는 본 발명의 일실시예에 따른 원형 도포방식의 다종 소재 프린터(1000)에 의해 형성된 출력물의 기능입자를 나타낸 예시도이다.

도 8의 (a)와 같이, 종래의 단일 광경화 소재를 이용하여 형성한 출력물은 모든 부분에서의 기능성이 동일하였다.

그리고, 도 8의 (b)와 같이, 종래의 3D 프린터를 이용하여 경사기능성을 갖도록 형성된 출력물의 경우, 한 층에 한 종류의 광경화성 소재를 도포할 수 있도록만 구성되었기 때문에, 높이 또는 방사방향 어느 한쪽으로만 경사기능성을 갖도록 할 수 밖에 없었다. 즉, 위치에 따라 경사 기능성을 갖는 출력물을 형성하기 어려웠다.

반면에, 도 8의 (c)와 같이, 본 발명에 따르면, 동시에 여러 종류의 광경화성 소재를 도포할 수 있기 때문에, 방사방향 높이방향 모두 소재 변경이 가능하고, 그 결과, 위치에 따라서 정밀하게 기능성을 변경하여 출력물을 형성하는 것이 가능하다.

전술한 바와 같이 마련된 본 발명은, GIS용 절연 스페이서, 초고전압 절연기기, 세라믹 3차원 적층 공정, 세라믹 금속 이종접합 공정 등에 활용될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1000: 원형 도포방식의 다종 소재 프린터
1100: 베이스유닛 1110: 플레이트부
1120: 빌드부 1121: 빌드몸체
1122: 결합핀 1123: 커버
1130: 회전부 1131: 회전몸체
1132: 로터리 1133: 회전축
1140: 승강부 1150: 제어부
1160: 펌프부 1200: 도포유닛
1210: 도포부 1211: 제1 공급체
1212: 제2 공급체 1213: 혼합체
1220: 블레이드부 1221: 블레이드몸체
1222: 도포유로 1300: 저장유닛
1310: 제1 저장부 1320: 제2 저장부
1400: 믹서유닛 1500: 광학유닛
B: 출력물

Claims

상부에 광경화 소재가 적층되는 플레이트부를 갖는 베이스유닛;
상기 베이스유닛의 상부에 상기 광경화 소재를 도포하고, 도포된 상기 광경화 소재가 기설정된 두께를 갖도록 형성하는 도포유닛; 및
상기 베이스유닛의 상부에 위치하며, 상기 베이스유닛 상에 도포된 상기 광경화 소재에 광을 조사하여 경화시키도록 마련된 광학유닛을 포함하며,
상기 도포유닛이 상기 플레이트부 상에 나선형으로 상기 광경화 소재를 적층하도록 상기 플레이트부가 회전 가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스유닛은,
상부 내측에 상기 플레이트부가 결합되도록 마련되는 빌드부;
상기 빌드부의 하부에 마련되며, 상기 빌드부를 일방향 또는 타방향으로 회전시키도록 마련된 회전부; 및
상기 빌드부를 상승 또는 하강시키도록 마련된 승강부를 더 포함하며,
상기 승강부는, 상기 플레이트부상에 적층될 상기 광경화 소재의 두께만큼 승강되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터.
제 2 항에 있어서,
상기 빌드부는,
상기 플레이트부의 하부에 마련되는 빌드몸체; 및
상기 빌드몸체로부터 상부를 향해 돌출 형성되어, 상기 플레이트부의 하부에 형성된 결합홀과 결합되도록 마련된 결합핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터.
제 3 항에 있어서,
상기 빌드부는,
상기 빌드몸체의 둘레를 따라 벽체를 형성하도록 연장되어 형성된 커버를 더 포함하며,
상기 빌드몸체는 상기 플레이트부에 비해 직경이 크게 형성되어, 상기 플레이트부와 상기 커버 사이에 떨어진 광경화 소재가 회수 가능하도록 마련된 것을 특징으로 하는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터.
제 1 항에 있어서,
상기 도포유닛은,
상기 베이스유닛의 상부에 상기 광경화 소재를 도포하는 도포부; 및
도포된 상기 광경화 소재가 기설정된 두께를 갖도록 형성하는 블레이드부를 포함하며,
상기 도포부는 상기 블레이드부의 내측에서 상기 베이스유닛의 상부를 향해 상기 광경화 소재를 도포하도록 마련된 것을 특징으로 하는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터.
제 5 항에 있어서,
상기 도포부는,
제1 소재를 공급받는 제1 공급체;
제2 소재를 공급받는 제2 공급체; 및
상기 블레이드부의 내측에 마련되며, 상기 제1 공급체 및 상기 제2 공급체로부터 제공받은 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재를 혼합하고, 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재를 혼합하여 형성된 광경화 소재를 상기 베이스유닛의 상부에 도포하도록 마련된 혼합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터.
제 6 항에 있어서,
상기 블레이드부는,
내부에 상기 혼합체가 마련되는 상기 블레이드몸체; 및
상기 블레이드몸체의 내측에 마련되며, 상기 혼합체로부터 도포되는 광경화성 소재가 상기 베이스유닛의 상부에 도포될 수 있는 유로를 형성하는 도포유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터.
제 1 항에 있어서,
복수의 소재가 상호 분리되어 개별적으로 저장되며, 저장된 각 소재를 상기 도포유닛에 공급하도록 마련된 저장유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터.
제 8 항에 있어서,
상기 저장유닛으로부터 기설정된 비율에 따라 각 소재를 제공받고, 제공받은 소재를 혼합하여 형성된 상기 광경화 소재를 상기 도포유닛에 공급하도록 마련된 믹서유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터.
제 1 항에 있어서,
상기 광학유닛은,
상기 플레이트부의 지름 방향을 따라 복수개로 마련된 노광부를 포함하며,
각각의 상기 노광부의 광에너지는 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 원형 도포방식의 다종 소재 프린터.