KR20210067603A

KR20210067603A - 3d프린터용 광원모듈 및 3d프린터

Info

Publication number: KR20210067603A
Application number: KR1020190157410A
Authority: KR
Inventors: 서용곤; 이경일
Original assignee: 한국전자기술연구원
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-06-08
Also published as: KR102310525B1; WO2021107569A1

Abstract

고속, 저비용으로 대형 3D 출력물 제작이 가능한 3D프린터용 광원모듈 및 3D프린터가 제안된다. 본 3D프린터용 광원모듈은 회전축; 회전축과 연결되어 회전되는 광방사부; 및 광방사부에 위치하여, 3D프린팅재료를 향하여 광을 방사하는 광원;을 포함한다.

Description

3D프린터용 광원모듈 및 3D프린터{Light source module for additive manufacturing and appratus for additive manufacturing comprising the same}

본 발명은 3D프린터용 광원모듈 및 3D프린터에 관한 것으로, 상세하게는 고속, 저비용으로 대형 3D 출력물 제작이 가능한 3D프린터용 광원모듈 및 3D프린터에 관한 것이다.

산업, 생활 또는 의학 등 매우 다양한 분야에서 활용되고 있는 3D 프린터의 기본적인 원리는 얇은 2D 레이어를 쌓아서 3D 물체를 만드는 것이다. 광경화형 3D 프린팅 방식에는 SLA(StereoLithography Appartus)방식과 DLP(Digital Light Processing)방식이 있다.

SLA 방식은 광경화성 수지를 경화시켜 적층하는 방식으로 광경화(빛을 받으면 굳는 것) 원리를 이용해 원재료(액체 수지)가 담긴 수조에 레이저를 투사한다. 수조에서는 레이저가 닿은 부분만 경화되고 적층되어 조형물이 완성된다.

3D 프린팅 기술의 발전에 따라, 점차 다양한 방식으로 출력속도를 빠르게 하는 시도가 있어왔으나, 여전히 출력물을 제작하는데 있어 시간이 오래 걸리는 단점이 해결되지 못해, 3D프린팅의 제조단가가 높고 대중화에 어려움을 겪고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 고속, 저비용으로 대형 3D 출력물 제작이 가능한 3D프린터용 광원모듈 및 3D프린터를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 3D프린터용 광원모듈은 회전축; 회전축과 연결되어 회전되는 광방사부; 및 광방사부에 위치하여, 3D프린팅재료를 향하여 광을 방사하는 광원;을 포함한다.

광방사부는 선형일 수 있다.

광원으로부터 방사된 광의 스팟을 조절하기 위한, 광이 방사되는 방향에 위치하는 광연결부;를 더 포함할 수 있다.

광연결부는 광도파로, 광섬유 및 렌즈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

광원은 LED 또는 LD일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 회전축, 회전축과 연결되어 회전되는 광방사부 및 광방사부에 위치하여, 3D프린팅재료를 향하여 광을 방사하는 광원을 포함하는 광원모듈; 및 광원모듈로부터 방출되는 광에 의해 3D 출력물이 형성되는 물질을 포함하는 3D프린팅재료를 포함하는 3D프린팅재료부;를 포함하는 3D프린터가 제공된다.

광원모듈은 3D프린팅재료부의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다.

3D프린팅재료부는 회전가능한 것일 수 있다.

본 발명에 따른 3D프린터는 회전축과 연결된 선형스테이지부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 회전축, 회전축과 연결되어 회전되는 광방사부 및 광방사부에 위치하여, 3D프린팅재료를 향하여 광을 방사하는 광원을 포함하는 광원모듈; 및 광원모듈로부터 방출되는 광에 의해 3D 출력물이 형성되는 물질을 포함하는 3D프린팅재료를 포함하는 3D프린팅재료부;를 포함하는 3D프린터를 이용한 3D프린팅 방법으로서, 광원모듈이 회전하면서 3D프린팅재료부에 광을 조사하는 단계; 3D프린팅재료부에 추가3D프린팅재료를 투입하는 단계; 및 광원모듈이 회전하면서 추가3D프린팅재료에 광을 조사하는 단계;를 포함하는 3D프린팅 방법이 제공된다.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 회전축; 회전축과 연결되어 회전되는 광방사부; 및 3D프린팅재료를 향하여 광을 방사하는 광원으로서, 광방사부와 이격되어 위치하고, 광방사부와 광섬유로 연결된 광원;을 포함하는 3D프린터용 광원모듈이 제공된다.

광원은 회전축에 위치할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 3D프린터용 광원모듈에 선형광원헤드를 이용하여 3D프린팅시 회전축의 회전을 통해 빠른 속도로 출력물 제작이 가능한 효과가 있다.

또한, 선형적으로 광원의 개수를 늘리면 회전에 의해 광원부의 대면적화가 가능하므로 적은 비용으로도 대면적 출력물이 제작가능하고, 대면적 출력물의 경우에도 전면적에 걸쳐 정밀도를 균일하게 유지할 수 있어 출력물의 품질을 유지할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 3D프린팅 시, 광원으로 LED소자를 사용할 수 있어 다른 광원과 비교하여 파장선택의 자유도가 크고 광출력도 자유롭게 제어할 수 있으므로 적용범위가 넓어지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3D프린터용 광원모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D프린터용 광원모듈의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D프린터용 광원모듈의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D프린터용 광원모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D프린터용 광원모듈의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D프린터의 모식도이다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D프린터의 모식도이다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D프린터의 모식도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D프린터의 모식도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3D프린터용 광원모듈의 사시도이다. 본 실시예에 따른 3D프린터용 광원모듈(100)은 회전축(110); 회전축(110)과 연결되어 회전되는 광방사부(120); 및 광방사부(120)에 위치하여, 3D프린팅재료를 향하여 광을 방사하는 광원(130);을 포함한다.

광방사부(120)는 광원(130)으로부터 방사된 광을 3D프린팅재료를 향하여 방사하도록 하는 구성으로서, 본 발명에서 광방사부(120)는 도 1과 같이 선형으로 구성될 수 있다. 회전축(110)은 선형의 광방사부(120)를 회전시키고, 이에 의해 3D프린팅재료로 광이 방사되어 3D프린팅재료의 경화가 일어난다.

3D 출력물의 크기가 커질수록 출력물의 바깥쪽이 정밀도가 떨어질 수 있으나, 본 발명과 같이 회전축(110)을 구비하여 선형의 광방사부(120)에서 광이 방사되면 고속으로도 균일한 출력물 제조가 가능하다. 또한, 대면적 출력물을 제조할 때는 광방사부(120)의 길이를 조절하여 선형적으로 광원의 개수를 증가시키면 대면적화가 가능하므로 저비용으로 대면적 출력물 제조가 가능하다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D프린터용 광원모듈의 사시도이다. 본 실시예의 3D프린터용 광원모듈(100)은 광원으로부터 방사된 광의 스팟(spot)을 조절하기 위한, 광이 방사되는 방향에 위치하는 광연결부(140);를 더 포함할 수 있다. 광연결부(140)는 광도파로, 광섬유 및 렌즈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D프린터용 광원모듈의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D프린터용 광원모듈의 단면도이다. 도 3의 실시예에서 3D프린터용 광원모듈(100)은 광원(130)으로부터의 광이 지나가는 코어(142)를 포함하는 광도파로(141)인 광연결부를 포함한다. 이와 달리, 도 4의 실시예에 따른 3D프린터용 광원모듈(100)은 광연결부로서 렌즈(143)를 포함할 수 있다.

이에 따라, 광원(130)으로부터의 광이 광연결부(140)을 통과하여 3D프린팅재료로 방사되므로, 광의 스팟의 크기가 조절되어 3D출력물의 품질을 제어할 수 있다.

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D프린터용 광원모듈의 단면도이다. 본 실시예에 따르면, 회전축(110); 회전축(110)과 연결되어 회전되는 광방사부(120); 및 3D프린팅재료를 향하여 광을 방사하는 광원으로서, 광방사부(120)와 이격되어 위치하고, 광방사부(120)와 광섬유(151)로 연결된 광원;을 포함하는 3D프린터용 광원모듈(100)이 제공된다.

본 실시예에 따른 3D프린터용 광원모듈(100)은 회전이 가능한 광방사부(120)에 선형적으로 광원을 배열하는 대신 축에는 광도파로 혹은 광섬유만 있고 광원은 외부에서 광섬유를 통해 전달시킬 수 있다. 이 때, 광원으로는 LD, LED 또는 레이저를 사용할 수 있다. 광원(130)은 3D프린터용 광원모듈(100) 외부에 위치하거나, 또는 도 5와 같이 회전축(110)에 부착된 광원부(150)에 위치하고, 광원부(150)의 광원들은 각각 광도파로(141)의 코어(142)와 연결되도록 광섬유(151)와 연결되어 있다.

레이저와 같이 광원 자체의 크기가 커서 광방사부(120)에 부착이 어려운 경우에는 본 실시예와 같이 광원부(150)를 광방사부(120)가 아닌 다른 곳에 위치시켜 광방사부(120)의 회전을 원활히 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D프린터의 모식도이다. 본 발명의 다른 측면에 따르면, 회전축(110), 회전축(110)과 연결되어 회전되는 광방사부(120) 및 광방사부(120)에 위치하여, 3D프린팅재료를 향하여 광을 방사하는 광원을 포함하는 광원모듈; 및 광원모듈로부터 방출되는 광에 의해 경화되는 3D프린팅재료를 포함하는 3D프린팅재료부;를 포함하는 3D프린터가 제공된다.

본 실시예에 따른 3D프린터를 이용하면, 3D프린터용 광원모듈(100); 및 3D프린터용 광원모듈(100)로부터 방출되는 광에 의해 경화되는 3D프린팅재료(210)을 포함하는 3D프린팅재료부(200);를 포함하는 3D프린터를 이용하여, 3D프린터용 광원모듈(100)이 회전하면서 3D프린팅재료부(200)에 광을 조사하는 단계; 3D프린팅재료부(200)에 추가3D프린팅재료를 투입하는 단계; 및 3D프린터용 광원모듈(100)이 회전하면서 추가3D프린팅재료에 광을 조사하는 단계;를 포함하는 3D프린팅 방법으로 3D출력물을 얻을 수 있다.

즉, 3D프린팅재료(210)이 채워져있는 3D프린팅재료부(200)에 3D프린터용 광원모듈(100)을 통해 원하는 형상에 따라 필요한 광원에만 전원을 인가한 후, 회전축(110)을 1회 회전시킨다. 그 후 3D프린팅재료(210)을 추가하여 프린팅할 추가적인 층을 만든 후 원하는 형상에 대한 필요한 광원을 작동시키고 1회 회전한다. 다시 3D프린팅재료(210)을 추가하여 프린팅할 추가적인 층을 형성한다. 이와 같은 단계를반복하면 원하는 3D 프린팅 출력물을 얻는다. 3D프린팅재료대신 플라스틱 파우더나 금속 파우더 등이 사용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D프린터의 모식도이다. 3D프린터용 광원모듈(100)은 도 6의 실시예에서와 달리 3D프린팅재료부(200)의 하부에 위치할 수 있다. 또한, 도 8을 참조하면, 3D프린팅재료부(200)에도 3D프린팅재료부 회전축(220)을 구비하여, 3D프린팅재료부(200)가 회전을 하는 방식으로 3D프린팅을 수행할 수 있다.

도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D프린터의 모식도이다. 본 실시예에 따른 3D프린터는 회전축(110)과 연결된 선형스테이지부(160);를 더 포함할 수 있다. 3D프린터용 광원모듈(100)은 곡선에 대한 정밀도는 높으나 사각형태의 형상에서는 정밀도가 떨어질 수가 있어 회전축(110) 위에 선형스테이지부(160)를 구비하여 필요에 따라 회전과 선형을 병행하여 출력물을 제조할수 있다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 3D프린터용 광원모듈
110 회전축
120 광방사부
130 광원
140 광연결부
141 광도파로
142 코어
143 렌즈
150 광원부
151 광섬유
160 선형스테이지부
200 3D프린팅재료부
210 3D프린팅재료
220 3D프린팅재료부 회전축

Claims

회전축;
회전축과 연결되어 회전되는 광방사부; 및
광방사부에 위치하여, 3D프린팅재료를 향하여 광을 방사하는 광원;을 포함하는 3D프린터용 광원모듈.
청구항 1에 있어서,
광방사부는 선형인 것을 특징으로 하는 3D프린터용 광원모듈.
청구항 1에 있어서,
광원으로부터 방사된 광의 스팟을 조절하기 위한, 광이 방사되는 방향에 위치하는 광연결부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터용 광원모듈.
청구항 3에 있어서,
광연결부는 광도파로, 광섬유 및 렌즈 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터용 광원모듈.
청구항 1에 있어서,
광원은 LED 또는 LD인 것을 특징으로 하는 3D프린터용 광원모듈.
회전축, 회전축과 연결되어 회전되는 광방사부 및 광방사부에 위치하여, 3D프린팅재료를 향하여 광을 방사하는 광원을 포함하는 광원모듈; 및
광원모듈로부터 방출되는 광에 의해 3D 출력물이 형성되는 물질을 포함하는 3D프린팅재료를 포함하는 3D프린팅재료부;를 포함하는 3D프린터.
청구항 6에 있어서,
광원모듈은 3D프린팅재료부의 상부 또는 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 3D프린터.
청구항 6에 있어서,
3D프린팅재료부는 회전가능한 것을 특징으로 하는 3D프린터.
청구항 6에 있어서,
회전축과 연결된 선형스테이지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터.
청구항 6에 따른 3D프린터를 이용한 3D프린팅 방법으로서,
광원모듈이 회전하면서 3D프린팅재료부에 광을 조사하는 단계;
3D프린팅재료부에 추가3D프린팅재료를 투입하는 단계; 및
광원모듈이 회전하면서 추가3D프린팅재료에 광을 조사하는 단계;를 포함하는 3D프린팅 방법.
회전축;
회전축과 연결되어 회전되는 광방사부; 및
3D프린팅재료를 향하여 광을 방사하는 광원으로서, 광방사부와 이격되어 위치하고, 광방사부와 광섬유로 연결된 광원;을 포함하는 3D프린터용 광원모듈.
청구항 11에 있어서,
광원은 회전축에 위치하는 것을 특징으로 하는 3D프린터용 광원모듈.