KR20200068053A - Sla 3d 프린터 - Google Patents

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KR20200068053A
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이기창
조창현
김성진
최가애
이찬희
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한석환
이찬희
김성진
최가애
이기창
조창현
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Abstract

SLA 3D 프린터가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 SLA 3D 프린터는, SLA(Stereo Lithography Apparatus) 3D 프린터에 있어서, 메인 프레임, 상기 메인 프레임 내측에 구비되어 z축 방향으로 이동하는 빌드 플랫폼의 하단에 형성되어 조형물이 안착되는 조형판, 상기 메인 프레임 내측에 구비되어 상기 조형판이 수용되며, 광경화성 액상수지가 저장되는 수조, 상기 수조에 상기 액상수지를 공급하기 위한 수지 공급부, 및 상기 수조 하측에서 상기 수조를 향해 수직방향으로 레이저를 조사하여 상기 액상수지를 경화시키는 레이저 조사부를 포함하며, 상기 레이저 조사부는, x축 및 y축 방향으로 이동하면서 상기 액상수지를 경화시키는 것을 특징으로한다.

Description

SLA 3D 프린터{Stereo Lithography Apparatus 3D printer}
본 발명은 SLA 3D 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광경화성 액상수지가 담긴 수조에 레이저를 조사하여 조형물을 출력하는 SLA 3D 프린터에서, 레이저 조사에 직교좌표계 방식을 이용하여 외관부 왜곡현상을 억제할 수 있으며, 수조에 저장된 액상수지의 수위 측정을 통해 필요한만큼의 액상수지를 자동으로 공급할 수 있도록 하여 사용자의 편의성을 향상시키면서 액상수지의 낭비를 방지할 수 있도록 하는 기술적 사상에 관한 것이다.
최근들어 물체에 대한 3차원 데이터를 이용하여 해당 물체를 3차원으로 성형할 수 있는 3D 프린터의 사용이 증가하고 있다. 이러한 3D 프린터는 점차 가격이나 성능면에서 다품종 소량생산 제품을 중심으로 양산가능한 제품의 성형에도 활용도가 높아지고 있다.
3D 프린터의 조형 방식은 다양하게 구현되고 있는데, 크게 적층형(첨가형 또는 쾌속조형 방식)과 절삭형(컴퓨터 수치제어 조각방식)으로 구분할 수 있다.
이 중 상기 절삭형은 적층형에 비해 상대적으로 정밀한 출력물을 출력할 수 있는 장점이 있으나 조형 가능한 형상에 한계가 있고, 재료 사용량 등의 효율이 떨어지는 등의 문제가 있어 일반적으로 적층형의 조형방식이 널리 사용되고 있다.
이러한 적층형의 조형방식은 열가소성 소재(예컨대, 플라스틱)를 실과 같은 형태로 형성한 필라멘트(filament)를 원료로 사용, 익스트루더를 통해 공급되는 필라멘트가 가열된 노즐을 통해 액체상태로 압출되어 한 층(레이어)씩 적층되며 조형물을 완성하는 FDM 혹은 FFF(Fused Deposition Modeling, Fused Filament Fabrication) 방식과, 광경화성 액상수지가 담긴 수조에 레이저를 조사하여 조형판에 액상수지를 경화시키고, 조형판에서 한 층씩 액상수지가 굳어질 때마다 정해진 층의 두께만큼 조형판이 올라가면서 조형물을 완성하는 SLA(Stereo Lithography Apparatus)방식이 널리 알려져 있다.
이 중 상기 SLA 방식은 수조 내의 액상수지에 담긴 빌드 플랫폼(조형판)을 향해 레이저를 조사하게 되는데, 종래에는 프린팅 속도 향상을 위해 레이저 반사경을 이동(각도변경)시키는 갈바노미터(galvanometer) 방식을 주로 사용하고 있다.
이러한 갈바노미터 방식의 예가 도 1에 도시된다.
도 1을 참조하면, 종래의 갈바노미터 방식의 경우 반사경의 이동(각도변화)에 따라 두 반사거울 사이의 거리가 조금씩 변하게 되는데, 이로 인해 도면에 도시된 바와 같이 실제 레이저의 위치가 왜곡되는 왜곡현상이 발생한다. 이러한 왜곡현상은 최종 출력되는 조형물의 외관에도 영향을 미칠 수 있는 문제가 있다.
따라서 SLA 3D 프린터에서도 갈바노미터 방식이 아닌 직교좌표 방식을 이용할 수 있도록 하여 외관부 왜곡현상을 개선할 수 있는 기술적 사상이 요구된다.
한편, 일반적으로 SLA 3D 프린터의 경우 광경화성 액상수지를 수조에 저장해둔 채 조형물을 출력하게 되는데, 프린팅 도중 액상수지의 양이 부족한 경우에는 사용자가 액상수지를 직접 채워넣어야 하는 번거로움이 존재한다.
만약 프린팅 도중 액상수지 보충이 번거롭다고 하여 수조 내에 많은 양의 액상수지를 저장해두는 경우, 작업 종료시 버려지게 되는 액상수지의 양이 많아져 낭비가될 수 있고, 오랜 시간 수조에 저장된 액상수지에 불순물이 섞여 조형물의 퀄리티가 떨어질 수 있는 위험이 있다.
따라서 수조 내에 저장된 액상수지의 양을 자동으로 체크하여, 사용자가 직접 신경쓰지 않아도 프린팅 작업에 요구되는 액상수지의 양을 적정 수준에서 유지할 수 있도록 하는 기술적 사상이 요구된다.
등록번호 10-1891709, "SLA 3D 프린터"
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 광경화성 액상수지가 담긴 수조에 레이저를 조사하여 조형물을 출력하는 SLA 3D 프린터에서, 레이저 조사에 직교좌표계 방식을 이용하여 외관부 왜곡현상을 억제할 수 있도록 하는 기술적 사상을 제공하는 것이다.
또한, 수조에 저장된 액상수지의 수위 측정을 통해 필요한만큼의 액상수지를 자동으로 공급할 수 있도록 하여 사용자의 편의성을 향상시키면서 액상수지의 낭비를 방지할 수 있도록 하는 기술적 사상을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 SLA 3D 프린터는, SLA(Stereo Lithography Apparatus) 3D 프린터에 있어서, 메인 프레임, 상기 메인 프레임 내측에 구비되어 z축 방향으로 이동하는 빌드 플랫폼의 하단에 형성되어 조형물이 안착되는 조형판, 상기 메인 프레임 내측에 구비되어 상기 조형판이 수용되며, 광경화성 액상수지가 저장되는 수조, 상기 수조에 상기 액상수지를 공급하기 위한 수지 공급부, 및 상기 수조 하측에서 상기 수조를 향해 수직방향으로 레이저를 조사하여 상기 액상수지를 경화시키는 레이저 조사부를 포함하며, 상기 레이저 조사부는, x축 및 y축 방향으로 이동하면서 상기 액상수지를 경화시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SLA 3D 프린터는, 상기 수조 내에서 상기 액상수지의 수위를 측정하기 위한 센서부를 더 포함하며, 상기 수지 공급부는, 상기 센서부의 측정 결과에 기초하여 상기 액상수지의 공급 여부를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 수지 공급부는, 상기 센서부의 측정결과 상기 액상수지의 수위가 일정 수준 이하인 경우, 상기 수조 내에서 상기 액상수지의 수위가 일정 수준 이상이 되도록 소정의 양만큼 상기 액상수지를 상기 수조로 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 센서부는, 초음파 센서로 구현되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 SLA 3D 프린터는, SLA 3D 프린터에 있어서, 메인 프레임, 상기 메인 프레임 내측에 구비되어 z축 방향으로 이동하는 빌드 플랫폼의 하단에 형성되어 조형물이 안착되는 조형판, 상기 메인 프레임 내측에 구비되어 상기 조형판이 수용되며, 광경화성 액상수지가 저장되는 수조, 상기 수조에 상기 액상수지를 공급하기 위한 수지 공급부, 상기 수조 하측에서 상기 수조를 향해 수직방향으로 레이저를 조사하여 상기 액상수지를 경화시키는 레이저 조사부, 및 상기 수조 내에서 상기 액상수지의 수위를 측정하기 위한 센서부를 포함하며, 상기 수지 공급부는, 상기 센서부의 측정결과 상기 액상수지의 수위가 일정 수준 이하인 경우, 상기 수조 내에서 상기 액상수지의 수우가 일정 수준 이상이 되도록 소정의 양만큼 상기 액상수지를 상기 수조로 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 수조는, 일정 수준 이상의 투명도를 가지는 아크릴 재질로 형성되어 PDMS(PolyDiMethylSiloxane) 코팅이 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 광경화성 액상수지가 담긴 수조에 레이저를 조사하여 조형물을 출력하는 SLA 3D 프린터에서, 레이저 조사에 직교좌표계 방식을 이용하여 외관부 왜곡현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수조에 저장된 액상수지의 수위 측정을 통해 필요한만큼의 액상수지를 자동으로 공급할 수 있도록 하여 사용자의 편의성을 향상시키면서 액상수지의 낭비를 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래의 SLA 3D 프린터에서 사용되는 갈바노미터 방식에 대한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 SLA 3D 프린터의 개략적인 구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 SLA 3D 프린터의 프레임의 구현 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 SLA 3D 프린터에서 광경화성 액상수지가 저장되는 수조의 구현 예를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 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 명세서에 있어서, '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, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 SLA 3D 프린터의 개략적인 구조를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 SLA 3D 프린터(100)는 메인 프레임(110), 상기 메인 프레임(110) 내측에 구비되어 z축 방향으로 구동하는 빌드 플랫폼(120)의 하단에 형성되어 조형물이 안착되는 조형판(121), 상기 메인 프레임(110) 내측에 구비되어 상기 조형판(121)이 수용되며, 광경화성 액상수지(10)가 저장되는 수조(130), 상기 수조(130)의 하측에서 수직방향으로 레이저를 조사하여 상기 조형판(121)의 하면에 상기 액상수지(10)를 경화시키기 위한 레이저 조사부(140), 및 상기 수조(130) 내에 저장된 상기 액상수지(10)의 수위를 측정하기 위한 센서부(미도시)를 포함할 수 있다.
구현 예에 따라, 상기 SLA 3D 프린터(100)는 상기 수조(130)로 상기 액상수지(10)를 공급하기 위한 수지공급부(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 메인 프레임(110)의 구현 예가 도 3에 도시된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 SLA 3D 프린터의 프레임의 구현 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 상기 메인 프레임(110)은 크게 상기 빌드 플랫폼(120) 및 상기 조형판(121)이 z축으로 구동되며 이동되는 z축 구동 및 조형물 제작부(111)와, xy플로터(미도시)가 구동되며 정해진 좌표대로 상기 레이저 조사부(140)를 x축 및 y축 방향으로 이동시키는 xy 구동부(112), 및 상기 SLA 3D 프린터(100)의 구동 및 제어를 위한 제어 시스템(미도시)이 구비되는 제어부(113)로 구분할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 레이저 조사부(140)는 상기 메인 프레임(110) 내측 즉, 상기 xy구동부(112)에서 x축 및 y축 방향으로 이동하면서 상기 액상수지(10)를 경화시킬 수 있다.
이처럼 상기 레이저 조사부(140)가 x축 및 y축 방향으로 이동하는 직교좌표 방식이 적용되는 경우, 종래의 SLA 3D 프린터에서 거울, 렌즈 등을 사용하는 갈바노미터 방식에 비해 프린팅 속도가 다소 느려질 수는 있으나, 전술한 바와 같이 종래의 갈바노미터 방식에 비해 외관부 왜곡현상이 발생하지 않아 최종 출력되는 조형물의 퀄리티가 향상될 수 있는 효과를 가질 수 있다.
또한, 직교좌표 방식의 경우 조사되는 레이저의 반사를 위한 거울이나 렌즈를 필요로 하지 않아 그 구조가 상대적으로 간단하여 일반 사용자들도 기술적인 접근이 용이할 수 있다.
상기 수조(130)에 대해서는 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 SLA 3D 프린터에서 광경화성 액상수지가 저장되는 수조의 구현 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 SLA 3D 프린터(100)에 사용되는 상기 수조(130)는 상기 수조(130)의 하부를 통해 상기 레이저 조사부(140)로부터 조사되는 레이저가 투과될 수 있으면서 변형에 강인한 재질로 형성되는 것이 바람직 할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 수조(130)는 일정 수준 이상의 투명도를 가지는 아크릴 재질로 형성될 수 있다. 상기 수조(130)가 투명한 아크릴 재질로 형성되는 경우, 가공이 용이하면서도 레이저의 투과가 원활하게 이루어질 수 있어 사용자의 접근이 쉬워질 수 있다.
또한 조형물이 하부 방향으로 적층되며 출력되는 SLA 3D 프린터(100)에서는 상기 조형판(121)에서는 출력물이 쉽게 떨어지지 않고 안착되어야 하지만, 상기 수조(130)에서는 조형물(출력물)이 비교적 용이하게 떨어져야할 필요가 있는데, 아크릴 재질의 경우 이러한 조건을 용이하게 만족시킬 수 있다.
다만, 투명 아크릴 재질은 상기 수조(130)에서 프린팅 과정이 거듭될수록 그 투명성이 점차 낮아져 백화현상이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 의하면 투명한 아크릴 재질로 형성되는 상기 수조(130)에 PDMS(PolyDiMethylSiloxane) 코팅을 수행하여, 상기 수조(130)와 조형물 간의 접착성을 줄이면서 수조(130)의 내구성을 높일 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 SLA 3D 프린터(100)는 프린팅 작업 도중에 사용자가 직접 상기 수조(130)에 상기 액상수지(10)를 보충하지 않고, 상기 수조(130) 내 액상수지(10)의 수위(양)에 따라 액상수지(10)를 자동으로 보충하도록 할 수 있다.
이를 위해, 상기 SLA 3D 프린터(100)는 상기 센서부(미도시) 및/또는 상기 수지공급부(150)를 포함하고 있을 수 있다.
상기 센서부(미도시)는 상기 수조(130) 내에 저장되어 있는 액상수지(10)의 수위를 측정(센싱)할 수 있다.
이러한 상기 센서부(미도시)의 측정 결과에 기초하여, 상기 수지공급부(150)가 상기 수조(130)로 상기 액상수지(10)의 공급 여부를 결정할 수 있다.
예를 들면, 상기 수지공급부(150)는 상기 센서부(미도시)의 측정결과 상기 수조(130) 내에서 상기 액상수지(10)의 수위가 일정 수준 이하인 경우, 상기 수조(130) 내에서 상기 액상수지(10)의 수위가 일정 수준 이상이 되도록 소정의 양만큼 상기 액상수지(10)를 상기 수조(130)로 공급할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 이를 위한 상기 수지공급부(150)는 수지저장부, DC에어펌프, 및/또는 실리콘튜브 등을 구비할 수 있으며, 상기 센서부(미도시)의 측정 결과에 따라 상기 DC에어펌프가 상기 수지저장부로 공기를 유입시키면, 상기 수지저장부 내에 저장되어 있던 액상수지가 유입된 공기에 의해 밀려 상기 실리콘튜브를 통해 상기 수조(130)로 공급될 수 있다.
이러한 경우, 상기 수조(130)로 공급될 액상수지(10)의 양은 상기 DC에어펌프에 의해 상기 수지저장부로 유입되는 공기의 양에 의해 결정될 수 있다. 따라서 상기 센서부(미도시)의 측정결과에 따라 구동되는 상기 수지공급부(150)는 일정 수준 내에서 정해진 양의 액상수지(10)를 자동으로 상기 수조(130)로 공급하는 것이 가능할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. SLA(Stereo Lithography Apparatus) 3D 프린터에 있어서,
    메인 프레임;
    상기 메인 프레임 내측에 구비되어 z축 방향으로 이동하는 빌드 플랫폼의 하단에 형성되어 조형물이 안착되는 조형판;
    상기 메인 프레임 내측에 구비되어 상기 조형판이 수용되며, 광경화성 액상수지가 저장되는 수조;
    상기 수조에 상기 액상수지를 공급하기 위한 수지 공급부; 및
    상기 수조 하측에서 상기 수조를 향해 수직방향으로 레이저를 조사하여 상기 액상수지를 경화시키는 레이저 조사부를 포함하며,
    상기 레이저 조사부는,
    x축 및 y축 방향으로 이동하면서 상기 액상수지를 경화시키는 것을 특징으로 하는 SLA 3D 프린터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 SLA 3D 프린터는,
    상기 수조 내에서 상기 액상수지의 수위를 측정하기 위한 센서부를 더 포함하며,
    상기 수지 공급부는,
    상기 센서부의 측정 결과에 기초하여 상기 액상수지의 공급 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 SLA 3D 프린터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수지 공급부는,
    상기 센서부의 측정결과 상기 액상수지의 수위가 일정 수준 이하인 경우, 상기 수조 내에서 상기 액상수지의 수위가 일정 수준 이상이 되도록 소정의 양만큼 상기 액상수지를 상기 수조로 공급하는 것을 특징으로 하는 SLA 3D 프린터.
  4. 제2항에 있어서, 상기 센서부는,
    초음파 센서로 구현되는 것을 특징으로 하는 SLA 3D 프린터.
  5. SLA 3D 프린터에 있어서,
    메인 프레임;
    상기 메인 프레임 내측에 구비되어 z축 방향으로 이동하는 빌드 플랫폼의 하단에 형성되어 조형물이 안착되는 조형판;
    상기 메인 프레임 내측에 구비되어 상기 조형판이 수용되며, 광경화성 액상수지가 저장되는 수조;
    상기 수조에 상기 액상수지를 공급하기 위한 수지 공급부;
    상기 수조 하측에서 상기 수조를 향해 수직방향으로 레이저를 조사하여 상기 액상수지를 경화시키는 레이저 조사부; 및
    상기 수조 내에서 상기 액상수지의 수위를 측정하기 위한 센서부를 포함하며,
    상기 수지 공급부는,
    상기 센서부의 측정결과 상기 액상수지의 수위가 일정 수준 이하인 경우, 상기 수조 내에서 상기 액상수지의 수우가 일정 수준 이상이 되도록 소정의 양만큼 상기 액상수지를 상기 수조로 공급하는 것을 특징으로 하는 SLA 3D 프린터.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 수조는,
    일정 수준 이상의 투명도를 가지는 아크릴 재질로 형성되어 PDMS(PolyDiMethylSiloxane) 코팅이 수행되는 것을 특징으로 하는 SLA 3D 프린터.

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KR101891709B1 (ko) 2017-10-24 2018-08-24 (주)링크솔루션 Sla 3d 프린터

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