KR20210104287A - 3d 프린터의 성형높이 조절방법 - Google Patents

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KR20210104287A
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Abstract

본 발명은 다음의 단계를 포함하는 3D 프린터의 성형높이 조절방법을 제공한다: (a) 단면이미지가공부가 성형품의 3D 도면을 광조사부의 해상도에 대응하는 높이별 횡방향 단면이미지를 추출하는 제1 단면이미지 추출단계; (b) 상기 단면이미지가공부가 상기 단계 (a)의 제1 단면이미지 중 높이조절이 필요한 제1 단면이미지를 선정하는 단계; (c) 상기 단계 (b)의 높이조절이 필요한 제1 단면이미지의 단면을 분할하여 제2 단면이미지를 추출하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (a)의 제1 단면이미지 및 상기 단계 (c)의 제2 단면이미지를 광조사부 및 성형플랫폼을 포함하여 구성되는 3D 프린터 제어부에 공급하는 단계. 본 발명의 방법으로 3D 프린팅을 진행할 경우 곡선부, 경사부 또는 복수의 경사부 또는 곡선부를 포함하고 있는 구간은 3D 프린터의 성형 높이를 낮춰 성형 정밀성을 확보하고, 직선부 등 성형 정밀성이 필요 없는 구간의 경우 3D 프린터의 성형 높이를 높여 성형 속도를 증가시킬 경우 성형속도를 높일 수 있는 것은 물론, 성형 정밀성도 동시에 높일 수 있는 장점을 제공한다.

Description

3D 프린터의 성형높이 조절방법{Forming Height Adjusting Method of 3D Printer}
본 발명은 3D 프린터의 성형높이 조절방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 성형품의 3D 도면을 높이별 횡방향 단면이미지를 추출하는 제1 단면이미지 추출단계; 제1 단면이미지 중 높이조절이 필요한 제1 단면이미지의 단면을 분할하여 제2 단면이미지를 추출하는 단계를 포함하는 3D 프린터의 성형높이 조절방법에 관한 것이다.
3차원 입체 형상의 성형품을 제작하는 3D 프린터는 크게 광경화성 수지에 레이저광을 주사하는 SLA(StereoLithography Apparatus) 방식, 분말에 레이저광을 조사하는 SLS(Slective Laser Sintering) 방식, 플라스틱 필라멘트를 녹여서 노즐을 통해 토출하여 적층하는 보급형 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식, 광경화성 수지가 저장된 저장조로 광을 조사하는 DLP(Digital Light Processing) 방식이 있다.
상기 보급형 FDM 방식의 3D 프린터의 이용 목표는 외관 및 형상을 보는 것에 있다. 그러나 상기 FDM 방식의 3D 프린터는 기계적인 움직임이 많기 때문에 형상 제작 과정에서 실패율이 높아 문제가 되고 있다.
이러한 FDM 방식의 3D 프린터와는 달리 상기 DLP 방식의 3D 프린터는 액상의 광경화성 수지에 빛을 조사하여 경화시키는 것으로 성형물을 제작하는 기기로서, 자외선 빛을 이용한 경화방식을 이용하기 때문에 기구적 움직임(Z축)이 최소이고 형상 제작 시 실패율이 낮아 향후 3D 프린팅 방식에서 FDM 방식을 보완하여 많이 사용될 것으로 예상된다.
하지만, 이러한 DLP 방식 3D 프린터의 장점은 장비 제작 및 가동 간 사용자의 관련 분야의 지식수준 및 이해도와 사용 숙련도에 따라 같은 장비를 이용함에도 불구하고 결과물이 상이할 수 있는 문제가 있다.
3D 프린터의 이러한 문제를 해결하기 위한 특허 문헌을 살펴보면, KR 특허출원번호 제10-2014-0084287(발명의 명칭 :DLP 방식 3D 프린터)에서는 광경화수지가 저장된 수지저장조와; 상기 수지저장조의 하부에 배치되며, 상기 수지저장조로 조형할 성형품의 축방향 단면이미지에 대응되는 광을 조사하는 DLP 프로젝터와; 상기 수지저장조의 바닥으로부터 상방향으로 승강가능하게 구비되며, 하부에 성형품이 조형되는 조형스테이지와; 상기 DLP 프로젝터가 X축방향과 Y축방향으로 이동되도록 상기 DLP 프로젝터를 지지하는 프로젝터이송부와; 상기 성형품에 대한 한 개의 단면이미지를 상기 프로젝터이송부에 의해 상기 DLP 프로젝터가 이송되는 복수개의 조형영역에 대응되게 복수개로 분할하여 상기 DLP 프로젝터로 공급하는 이미지처리부와; 상기 이미지처리부로부터 공급받은 복수개의 분할이미지를 상기 DLP 프로젝터가 이동된 조형영역에 맞추어 공급하고, 상기 DLP 프로젝터가 각 조형영역에서 공급받은 분할이미지를 상기 수지저장조로 투사하도록 상기 이미지 처리부와 상기 프로젝터이송부 및 상기 조형스테이지를 제어하는 제어부를 포함하는 DLP방식 3D 프린터에 대해 개시하고 있고,
KR 특허출원번호 제10-2018-7018949호(발명의 명칭 : 적층 가공 장치)에서는 액체를 수용하기 위해 바닥부를 갖는 용기, 그 위에 상기 물체가 형성되고 상기 용기에 대하여 수직하게 변위 가능한 지지부 플랫폼, 제1측 및 제2측을 갖고, 물체층을 형성하도록 상기 제1층에서 상기 액체가 중합되는 구조 부재, 및 상기 구조 부재를 통과하는 방사선을 상기 제2측에 조사하는 방사선원을 포함하는 적층 가공 장치를 개시하고 있다.
상술한 특허문헌들에서는 상술한 3D 프린터들의 문제를 해결하기 위한 여러 방법을 제시하고 있다. 그러나 상술한 특허문헌들의 경우도 3D 프린터의 성형 정밀도 및 성형 속도가 여전히 부족한 문제가 있다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
본 발명의 발명자들은 SLA 방식, SLS 방식, FDM 방식 또는 DLP 방식의 3D 프린터의 경우 성형 정밀성을 높일 경우 성형속도가 느려지고 3D 프린터의 가격이 상승하는 문제가 발생하고, 3D 프린터의 성형 속도를 높일 경우 성형 정밀성이 떨어지는 문제를 발견하여 이를 해결하기 위해 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 곡선부, 경사부 또는 복수의 경사부 또는 곡선부를 포함하고 있는 구간은 3D 프린터의 성형 높이를 낮춰 성형 정밀성을 확보하고, 직선부 등 성형 정밀성이 필요 없는 구간의 경우 3D 프린터의 성형 높이를 높여 성형 속도를 증가시킬 경우 성형속도를 높일 수 있는 것은 물론, 성형 정밀성도 동시에 높일 수 있다는 사실을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 3D 프린터의 성형높이 조절방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명은 3D 프린터를 제공한다.
본 발명의 발명자들은 SLA 방식, SLS 방식, FDM 방식 또는 DLP 방식의 3D 프린터의 경우 성형 정밀성을 높일 경우 성형속도가 느려지고 3D 프린터의 가격이 상승하는 문제가 발생하고, 3D 프린터의 성형 속도를 높일 경우 성형 정밀성이 떨어지는 문제를 발견하여 이를 해결하기 위해 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 곡선부, 경사부 또는 복수의 경사부 또는 곡선부를 포함하고 있는 구간은 3D 프린터의 성형 높이를 낮춰 성형 정밀성을 확보하고, 직선부 등 성형 정밀성이 필요 없는 구간의 경우 3D 프린터의 성형 높이를 높여 성형 속도를 증가시킬 경우 성형속도를 높일 수 있는 것은 물론, 성형 정밀성도 동시에 높일 수 있다는 사실을 확인하였다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 3D 프린터의 성형높이 조절방법을 제공한다: (a) 단면이미지가공부가 성형품의 3D 도면을 광조사부의 해상도에 대응하는 높이별 횡방향 단면이미지를 추출하는 제1 단면이미지 추출단계; (b) 상기 단면이미지가공부가 상기 단계 (a)의 제1 단면이미지 중 높이조절이 필요한 제1 단면이미지를 선정하는 단계; (c) 상기 단계 (b)의 높이조절이 필요한 제1 단면이미지의 단면을 분할하여 제2 단면이미지를 추출하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (a)의 제1 단면이미지 및 상기 단계 (c)의 제2 단면이미지를 광조사부 및 성형플랫폼을 포함하여 구성되는 3D 프린터 제어부에 공급하는 단계.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 3D 프린터는 바람직하게는 SLA 방식, SLS 방식 및 DLP 방식을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있고, 보다 바람직하게는 SLA 방식 또는 DLP 방식일 수 있으며, 가장 바람직하게는 DLP 방식일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 높이조절이 필요한 제1 단면이미지는 바람직하게는 성형품 외주면의 전부 또는 일부에 곡선부 또는 경사부가 포함된 외주면의 단면이미지일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 높이조절이 필요한 제1 단면이미지는 바람직하게는 사용자의 선택 또는 연산부의 자동 연산에 의해 선택된 단면이미지일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 분할된 제2 단면이미지의 개수는 바람직하게는 사용자의 선택 또는 연산부의 자동 연산에 의해 정해지는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 성형품의 3D 도면을 광조사부의 해상도에 대응하는 높이별 횡방향 제1 단면이미지를 추출하고, 상기 제1 단면이미지 중 높이조절이 필요한 제1 단면이미지를 선정한 다음, 상기 높이조절이 필요한 제1 단면이미지의 단면을 분할하여 제2 단면이미지를 추출하는 단면이미지가공부; 상기 높이조절이 필요한 제1 단면이미지를 사용자의 선택 또는 자동 연산에 의해 선택하는 연산부; 및 상기 단면이미지가공부 및 상기 연산부를 제어하는 제어부를 포함하는 성형높이 조절이 가능한 3D 프린터 시스템을 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 광경화성 소재가 담기는 원료용기, 상기 원료용기의 상부에 복수로 배치되며, 상기 원료용기로 성형할 성형물의 축방향 단면이미지에 대응되는 광을 조사하는 광조사부, 상기 원료용기의 상측으로부터 하방향으로 승강가능하게 구비되며, 상부에 성형물이 성형되는 성형플랫폼, 상기 성형물에 대한 하나의 단면이미지를 상기 광조사부로 공급하는 단면이미지가공부 및 상기 단면이미지가공부 및 상기 성형플랫폼을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 단면이미지가공부는 성형품의 3D 도면을 광조사부의 해상도에 대응하는 높이별 횡방향 제1 단면이미지를 추출하고, 상기 제1 단면이미지 중 높이조절이 필요한 제1 단면이미지를 선정한 다음, 상기 높이조절이 필요한 제1 단면이미지의 단면을 분할하여 제2 단면이미지를 추출하는 성형높이 조절이 가능한 DLP 방식의 3D 프린터를 제공한다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 단면이미지가공부는 바람직하게는 상기 성형물에 대한 단면이미지를 복수의 상기 광조사부가 각각 광을 조사하는 복수개의 성형영역에 대응되게 복수개로 분할하여 복수의 상기 광조사부로 공급할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 광경화성 소재가 담기는 원료용기, 상기 원료용기의 하부에 배치되며, 상기 원료용기로 성형할 성형물의 축방향 단면이미지에 대응되는 광을 조사하는 광조사부, 상기 원료용기의 하측으로부터 상방향으로 승강가능하게 구비되며, 하부에 성형물이 성형되는 성형플랫폼, 상기 성형물에 대한 하나의 단면이미지를 상기 광조사부로 공급하는 단면이미지가공부 및 상기 단면이미지가공부 및 상기 성형플랫폼을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 단면이미지가공부는 성형품의 3D 도면을 광조사부의 해상도에 대응하는 높이별 횡방향 제1 단면이미지를 추출하고, 상기 제1 단면이미지 중 높이조절이 필요한 제1 단면이미지를 선정한 다음, 상기 높이조절이 필요한 제1 단면이미지의 단면을 분할하여 제2 단면이미지를 추출하는 성형높이 조절이 가능한 DLP 방식의 3D 프린터를 제공한다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 높이조절이 필요한 제1 단면이미지는 바람직하게는 성형품 외주면의 전부 또는 일부에 곡선부 또는 경사부가 포함된 외주면의 단면이미지일 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
본 발명은 다음의 단계를 포함하는 3D 프린터의 성형높이 조절방법을 제공한다: (a) 단면이미지가공부가 성형품의 3D 도면을 광조사부의 해상도에 대응하는 높이별 횡방향 단면이미지를 추출하는 제1 단면이미지 추출단계; (b) 상기 단면이미지가공부가 상기 단계 (a)의 제1 단면이미지 중 높이조절이 필요한 제1 단면이미지를 선정하는 단계; (c) 상기 단계 (b)의 높이조절이 필요한 제1 단면이미지의 단면을 분할하여 제2 단면이미지를 추출하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (a)의 제1 단면이미지 및 상기 단계 (c)의 제2 단면이미지를 광조사부 및 성형플랫폼을 포함하여 구성되는 3D 프린터 제어부에 공급하는 단계.
본 발명의 방법으로 3D 프린팅을 진행할 경우 곡선부, 경사부 또는 복수의 경사부 또는 곡선부를 포함하고 있는 구간은 3D 프린터의 성형 높이를 낮춰 성형 정밀성을 확보하고, 직선부 등 성형 정밀성이 필요 없는 구간의 경우 3D 프린터의 성형 높이를 높여 성형 속도를 증가시킬 경우 성형속도를 높일 수 있는 것은 물론, 성형 정밀성도 동시에 높일 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명인 3D 프린터의 성형높이 조절방법에 대한 순서도를 나타낸다.
도 1은 본 발명인 3D 프린터의 성형높이 조절방법에 대한 개념도를 나타낸다.
도 3은 본 발명인 복수의 광조사부를 포함하는 높이조절이 가능한 DLP 방식의 3D 프린터의 개략도를 나타낸다.
도 4는 본 발명인 복수의 광조사부를 포함하는 높이조절이 가능한 DLP 방식의 3D 프린터의 개략도를 나타낸다.
도 5는 본 발명인 복수의 광조사부를 포함하는 높이조절이 가능한 DLP 방식의 3D 프린터의 개략도를 나타낸다.
도 6은 본 발명인 복수의 광조사부를 포함하는 높이조절이 가능한 DLP 방식의 3D 프린터에 포함된 케이싱결합부의 모습을 나타낸다.
도 7은 본 발명인 복수의 광조사부를 포함하는 높이조절이 가능한 DLP 방식의 3D 프린터에 포함된 모듈구동부의 사시도를 나타낸다.
도 8은 본 발명인 복수의 광조사부를 포함하는 높이조절이 가능한 DLP 방식의 3D 프린터가 성형품의 단면이미지를 해석하는 해석모형을 도시한 예시도를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에는 본 발명인 3D 프린터의 성형높이 조절방법에 대한 순서도 및 개념도가 도시되어 있다.
본 발명인 3D 프린터의 성형높이 조절방법은 단면이미지가공부(170)가 성형품(K)의 3D 도면을 광조사부(120)의 해상도에 대응하는 높이별 횡방향 단면이미지를 추출하는 제1 단면이미지(2) 추출단계; 단면이미지가공부(170)가 제1 단면이미지 중 높이조절이 필요한 제1 단면이미지를 선정(3)하는 단계; 높이조절이 필요한 제1 단면이미지(3)의 단면을 분할하여 제2 단면이미지(4)를 추출하는 단계; 및 제1 단면이미지(2) 및 제2 단면이미지(4)를 광조사부(120) 및 성형플랫폼(150)을 포함하여 구성되는 3D 프린터 제어부(10)에 공급하는 단계를 포함한다.
여기서, 높이조절이 필요한 제1 단면이미지(3)는 성형품(K) 외주면의 전부 또는 일부에 곡선부 또는 경사부가 포함된 외주면의 단면이미지, 사용자의 선택에 의한 단면이미지 또는 연산부(200)의 자동 연산에 의해 선택된 단면이미지일 수 있다. 그리고 분할된 제2 단면이미지의 개수는 사용자의 선택 또는 연산부(200)의 자동 연산에 의해 정해질 수 있다.
본 발명의 방법으로 3D 프린팅을 진행할 경우 곡선부, 경사부 또는 복수의 경사부 또는 곡선부를 포함하고 있는 구간, 사용자의 선택에 의한 구간 및 연산부(200)의 자동 연산에 의해 지정한 구간은 3D 프린터의 성형 높이를 낮춰 성형 정밀성을 확보할 수 있고, 직선부 등 성형 정밀성이 필요 없는 구간, 사용자의 선택에 의한 구간 및 연산부(200)의 자동 연산에 의해 지정한 구간의 경우 3D 프린터의 성형 높이를 높여 성형 속도를 증가시킬 경우 성형속도를 높일 수 있다.
본 발명의 방법에 사용되는 3D 프린터는 SLA 방식, SLS 방식 또는 DLP 방식이 사용될 수 있다.
도 3 내지 도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광조사부를 포함하는 DLP 방식의 3D 프린터(100)의 개략도가 도시되어 있다.
도 3 내지 도 5을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광조사부를 포함하는 DLP 방식의 3D 프린터(100)는 베이스프레임(111) 및 수직프레임을 포함하는 프레임(110), 광원(121), 미러(123), 렌즈(125) 및 광조사부 케이스(127)을 포함하는 광조사부(120), 케이싱결합부(131), X축이송축(133), X축구동모터(133a), X축지지부재(134), 이송프레임(135), 프레임결합부재(135a), Y축이송축(136), Y축이송모터(136a) 및 Y축지지부재(137)를 포함하는 광조사부이동유닛(130), 원료용기(140), 플랫폼결합부(151) 및 절곡부(153)를 포함하는 성형플랫폼(150), 승강축(161), 승강모터(163) 및 지지부재(165)를 포함하는 성형플랫폼승강부(160), 단면이미지가공부(170), 제어부(180) 및 평탄부(190)를 포함한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 DLP 방식의 3D 프린터(100)의 구성을 도시한 개략도를 나타낸다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 DLP 방식의 3D 프린터(100)는 희망하는 입체형상의 성형품(K)을 성형한다. 이를 위해 성형품(K)의 입체형상에 대응하는 설계 도면 데이터를 컴퓨터(미도시)에 저장하고, 컴퓨터(미도시)가 제어부(180)로 출력신호를 인가하면 제어부(180)가 설계 도면 데이터를 해석하여 광조사부(120)로 제공한다.
본 발명의 DLP 방식의 3D 프린터(100)는 일정 형상을 갖는 프레임(110)과, 광경화수지(A)가 저장된 원료용기(140)와, 원료용기(140)의 상부에 구비되어 원료용기(140)로 광을 조사하는 광조사부(120)와, 광조사부(120)를 X축과 Y축 방향으로 이동시키는 광조사부이동유닛(130)와, 원료용기(140)로부터 하방향으로 이동가능하게 구비되어 성형과정에서 성형품(K)을 지지하는 성형플랫폼(150)과, 설계 도면 데이터를 광조사부(120)의 개수 및/또는 이동궤적에 따라 복수개의 분할이미지로 분할하는 단면이미지가공부(170)와, 각 구성들을 제어하는 제어부(180)를 포함한다.
프레임(110)은 각 구성들이 안정적으로 구동되도록 지지한다. 프레임(110)은 수평하게 배치된 베이스프레임(111)과, 베이스프레임(111)에 수직하게 형성된 수직프레임(113)을 포함한다. 도면에는 도시되지 않았으나 프레임(110)은 하우징(미도시) 내부에 수용된다. 하우징(미도시)은 도어(미도시)에 의해 개폐되어 성형이 완료된 성형품을 성형플랫폼(150)으로부터 분리할 수 있다.
베이스프레임(111)에는 광조사부이동유닛(130)이 결합되어 광조사부(120)를 지지한다. 수직프레임(113)에는 성형플랫폼승강부(160)가 결합되어 성형플랫폼(150)이 상하로 이동되도록 지지한다.
광조사부(120)는 단면이미지가공부(170)로부터 공급받은 분할이미지에 대응되게 광을 원료용기(140) 측으로 공급한다. 광조사부(120)는 광을 발생하는 광원(121)과, 광원(121)에서 발생된 광을 원료용기(140) 측으로 반사시키는 미러(123)와, 미러(123)에서 반사된 광을 원료용기(140)로 조사하는 렌즈(125)를 포함한다. 광원(121)과, 미러(123) 및 렌즈(125)는 광조사부 케이스(127) 내부에 수용된다.
여기서, 광원(121)의 세기와, 미러(123)의 반사각, 렌즈(125)의 조사범위(L3) 등에 따라 광조사부(120)의 해상도가 조절될 수 있다.
미러(123)는 반도체 미러 또는 마이크로미러(DLP) 또는 액정(LCD)에 의한 직접 조사방식이 사용될 수 있다.
광조사부이동유닛(130)은 광조사부(120)를 X축 및 Y축 방향으로 이송한다. 광조사부이동유닛(130)은 성형품의 크기가 매우 커서 복수의 광조사부(120)를 사용해도 성형이 불가능할 경우 복수의 광조사부(120)가 이송되면서 원료용기(140)의 각 성형영역으로 분할이미지에 대응되는 광을 조사하도록 한다. 즉, 본 발명의 단면이미지가공부(170)는 복수의 광조사부(120)에 분배하는 제1 분할이미지 및 광조사부이동유닛(130)이 이동하며 광원을 조사하기 위한 제2 분할이미지를 각각 생성할 수 있다.
즉, 성형품의 크기가 매우 커서 복수의 광조사부(120)로 성형이 불가능할 경우 광조사부이동유닛(130)은 제1 분할이미지 및 제2 분할이미지 모두를 생성하여 성형품을 제작할 수 있다.
도 7은 광조사부이동유닛(130)의 일례를 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이 광조사부이동유닛(130)은 광조사부 케이스(127)의 하부에 결합되는 케이싱결합부(131)와, 케이싱결합부(131)를 관통하여 결합되는 X축이송축(133)과, X축이송축(133)이 회전하며 케이싱결합부(131)를 이송하도록 X축이송축(133)을 회전가능하게 지지하는 X축지지부재(134)와, X축지지부재(134)의 하부를 고정하는 이송프레임(135)과, 이송프레임(135)의 하부에 결합되는 Y축이송축(136)과, Y축이송축(136)을 따라 이송프레임(135)이 이동되도록 Y축이송축(136)을 회전가능하게 지지하는 Y축지지부재(137)를 포함한다.
X축이송축(133)의 단부에는 X축이송모터(133a)가 결합되고, Y축이송축(136)의 단부에는 Y축이송모터(136a)가 결합된다. 제어부(180)의 제어신호에 따라 X축이송모터(133a)가 구동되면 X축이송축(133)이 회전되고, X축이송축(133)과 나사결합된 케이싱결합부(131)가 X축이송축(133)을 따라 이동된다. 동일한 원리로 제어부(180)의 제어 신호에 따라 Y축이송모터(136)가 구동되면 Y축이송축(136)이 회전되고, Y축이송축(136)과 나사결합된 프레임결 합부재(135a)가 Y축이송축(136)을 따라 이동된다.
이러한 광조사부이동유닛(130)의 이송에 의해 광조사부(120)가 이동하게 된다. 광조사부이동유닛(130)은 성형하고자 하는 성형품(K)의 크기에 따라 제어부(180)에 의해 광조사부(120)를 이송하는 이동거리와 이동위치가 조절된다.
원료용기(140)는 내부에 광경화수지(A)를 저장한다. 광경화수지(A)는 광이 조사됨에 따라 경화된다. 수지저장조(140)는 광조사부(120)의 하부에 위치된다. 렌즈(125)를 투과한 광이 원료의 표면을 향해 조사된다.
원료용기(140)는 성형하고자 하는 성형품의 크기에 따라 다양하게 결합되어 사용될 수 있다. 이에 따라 고가의 광경화수지(A)의 사용량을 줄일 수 있다.
성형플랫폼(150)은 원료용기(140)로부터 경화되어 형성되는 성형품(K)을 지지한다. 성형플랫폼(150)은 판상재질로 형성된다. 성형플랫폼(150)은 단부가 성형플랫폼승강부(160)에 결합되어 상하로 승강된다. 성형플랫폼(150)은 원료용기(140)의 높이(h)에 대응되게 절곡형성된 절곡면(153)이 형성된다.
성형플랫폼(150)은 성형이 시작되면 원료용기(140) 내부에 삽입된 상태를 유지한다. 성형플랫폼(150)은 원료용기(140)의 원료 표면 하부에 잠긴 상태를 유지하고, 원료 표면의 광경화수지(A)가 경화되며 성형플랫폼(150)의 상부면에 경화층을 형성한다.
1층의 경화층이 형성되면, 성형플랫폼(150)은 광조사부(120)의 해상도만큼의 높이로 하강하고, 1층 경화층의 밑에 2층 경화층이 적층되며 성형품(K)의 성형이 진행된다.
성형플랫폼 (150)의 단부에 형성된 플랫폼결합부(151)는 승강축(161)에 나사결합되어 승강축(161)의 정역회전에 연동하여 상하로 이동된다.
성형플랫폼(150)의 면적은 최대 성형가능한 성형품(K)의 면적을 고려하여 결정된다. 성형플랫폼(150)의 면적은 원료용기(140)의 면적에 대응되게 형성된다. 경우에 따라 성형플랫폼(150)은 성형품(K)의 크기에 대응 되게 교환되어 사용될 수 있다.
성형플랫폼승강부(160)는 광조사부(120)의 광 조사에 의한 한 층의 경화층의 경화가 완료되면, 광조사부(120)의 해상도만큼 성형플랫폼(150)의 높이를 하강시켜 차순위 경화층이 적층되도록 한다.
성형플랫폼승강부(160)는 제어부(180)의 제어에 의해 승강속도와 승강높이가 조절된다. 성형플랫폼승강부(160)는 수직하게 형성된 승강축(161)과, 승강축(161)을 수직프레임(113)에 대해 지지하는 지지부재(165)를 포함한다. 승강축(161)의 하부에는 승강모터(163)가 구비된다. 승강모터(163)의 구동에 의해 승강축(161)이 정역회전하고, 승강축(161)에 나사결합된 플랫폼결합부(151)가 상하로 승강하게 된다.
단면이미지가공부(170)는 성형품(K)의 3D 도면을 광조사부(120)의 해상도에 대응하는 높이별 횡방향 단면이미지로 분석하고, 각 횡방향 단면이미지를 복수개의 분할이미지로 분할하여 복수의 광조사부(120)로 공급한다.
여기서, 단면이미지가공부(170)는 곡선부 또는 경사부가 포함된 외주면의 단면이미지, 사용자의 선택에 의한 단면이미지 또는 연산부(200)의 자동 연산에 의해 선택된 단면이미지의 경우 성형 높이를 낮게하여 성형 정밀성을 확보할 수 있다.
또한, 단면이미지가공부(170)는 직선부로 이루어진 외주면의 단면이미지, 사용자의 선택에 의한 단면이미지 또는 연산부(200)의 자동 연산에 의해 선택된 단면이미지의 경우 성형 높이를 높게하여 성형속도를 높일 수 있다.
도 6은 복수의 광조사부를 선택적으로 결합할 수 있는 광조사부 케이스(127)의 모습을 나타내고, 도 8은 단면이미지가공부(170)가 이미지를 처리하는 해석모형을 도시한 예시도이다.
단면이미지가공부(170)는 성형품(K)의 3D 도면으로부터 각 높이별로 단면이미지(m)를 추출한다. 그리고, 한 개의 단면이미지(m)를 복수개의 성형영역(O1,O2,O3,O4)에 대응되는 분할이미지(m1,m2,m3,m4)로 분리한다.
성형영역은 광조사부(120)가 광을 조사할 수 있는 최대 범위이다. 성형영역은 광조사부(120)가 고정된 상태에서 성형품을 성형할 수 있는 범위이다. 단면이미지가공부(170)는 단면이미지(m)의 최대 크기(L4)와 광조사부(120)의 최대 조사범위(L3)를 고려하여 성형영역의 개수를 결정한다.
단면이미지가공부(170)는 각 성형영역(O1,O2,O3,O4)에 위치한 복수의 광조사부(120)가 성형플랫폼(150)으로 조사할 분할이미지(m1,m2,m3,m4)를 분석한다. 그리고, 각각의 광조사부(120)에 해당 성형영역(O1,O2,O3,O4)에 대응되는 분할이미지(m1,m2,m3,m4)를 광원(121)으로 공급한다. 일례로, 제1성형영역(O1)에 위치하는 광조사부(120)에는 제1분할이미지(m1)를 공급하고, 제2성형영(O2)에 위치하는 광조사부(120)에는 제2분할이미지(m2)를 공급한다.
제1분할이미지(m1)와, 제2분할이미지(m2), 제3분할이미지(m3) 및 제4분할이미지(m4)가 모여서 한 개의 단면이미지(m)를 형성한다.
제어부(180)는 컴퓨터(미도시)로부터 출력신호가 인가된 성형품(K)에 대응되는 3D 설계 도면을 기초로 단면이미지가공부(170)가 단면이미지와 분할이미지를 분석하도록 제어한다. 그리고, 단면이미지가공부(170)에서 처리된 단면이미지와 분할이미지에 기초하여 각각의 광조사부(120)가 각각의 성형영역에 광원을 조사하도록 제어한다.
여기서, 단면이미지(m)가 복수개의 성형영역(O1,O2,O3,O4)에 걸쳐 있지 않고 특정 성형영역(O2,O4)에만 있는 경우, 이미지가 없는 성형영역(O1,O3)에 위치하는 광조사부(120)는 지나가도록 한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 DLP 방식의 3D 프린터(100)의 동작과정을 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
컴퓨터(미도시)로부터 출력신호가 인가되면 제어부(180)는 성형품(K)의 3D 도면을 단면이미지가공부(170)에서 분석하도록 신호를 인가한다. 단면이미지가공부(170)는 광조사부(120)의 해상도에 따라 복수개의 단면이미지(m)를 형성한다. 그리고, 단면이미지(m)의 최대 크기(L4)와 광조사부(120)의 광조사범위(L3)를 비교하여 성형영역의 개수를 설정한다.
도 8에 도시된 바와 같이 4개의 성형영역(O1,O2,O3,O4)으로 설정된 경우, 단면이미지가공부(170)는 각 단면이미지(m)를 각 성형영역(O1,O2,O3,O4)에 대응되는 분할이미지(m1,m2,m3,m4)로 분할한다.
단면이미지가공부(170)에서 성형영역(O1,O2,O3,O4)의 설정, 단면이미지(m) 분석 및 분할이미지(m1,m2,m3,m4)의 분할이 완료되면, 복수의 광조사부(120)로 분할이미지(m1,m2,m3,m4)가 순차적으로 공급된다.
한편, 성형플랫폼(150)은 승강축(161)의 최상위까지 상승하여 원료용기(140)의 용액 표면 바로 밑에 위치한다. 다음, 복수의 광조사부(120)는 각각의 분할이미지를 원료용기(140)의 원료 표면으로 조사한다.
이렇게 모든 광조사부(120)가 광원(121)을 조사하고 나면, 1층 경화층이 성형플랫폼(150) 상에 경화된다. 제어부(180)는 성형플랫폼승강부(160)를 해상도의 높이만큼, 예컨대 해상도가 0.1mm일 경우 성형플랫폼(150)을 0.1mm 씩 ㅎㆍㄱㅇ시킨다.
앞서와 동일한 방식으로 복수의 광조사부(120)가 제1성형영역(O1), 제2성형영역(O2), 제3성형영역(O3) 및 제4성형 영역(O4)에 분할이미지(m1,m2,m3,m4)를 조사하여 1층 경화층의 아래에 2층 경화층이 적층되어 형성 된다.
이러한 방식을 반복적으로 수행하여 복수개의 경화층을 적층하여 성형품(K)의 입체 형상을 성형하게 된다.
도 6에는 복수의 광조사부를 포함하는 DLP 방식의 3D 프린터(100)에 포함된 케이싱결합부(131)의 모습이 도시되어 있다.
성형품 K 제1 단면이미지 2
선정된 단면이미지 3 제2 단면이미지 4
DLP 방식의 3D 프린터 100 프레임 110
베이스프레임 111 수직프레임 113
광조사부 120 광원 121
미러 123 렌즈 125
광조사부 케이스 127 광조사부이동유닛 130
케이싱결합부 131 X축이송축 133
X축구동모터 133a X축지지부재 134
이송프레임 135 프레임결합부재 135a
Y축이송축 136 Y축이송모터 136a
Y축지지부재 137 원료용기 140
성형플랫폼 150 플랫폼결합부 151
절곡부 153 성형플랫폼승강부 160
승강축 161 승강모터 163
지지부재 165 단면이미지가공부 170
제어부 180 평탄부 190

Claims (10)

  1. 다음의 단계를 포함하는 3D 프린터의 성형높이 조절방법:
    (a) 단면이미지가공부가 성형품의 3D 도면을 광조사부의 해상도에 대응하는 높이별 횡방향 단면이미지를 추출하는 제1 단면이미지 추출단계;
    (b) 상기 단면이미지가공부가 상기 단계 (a)의 제1 단면이미지 중 높이조절이 필요한 제1 단면이미지를 선정하는 단계;
    (c) 상기 단계 (b)의 높이조절이 필요한 제1 단면이미지의 단면을 분할하여 제2 단면이미지를 추출하는 단계; 및
    (d) 상기 단계 (a)의 제1 단면이미지 및 상기 단계 (c)의 제2 단면이미지를 광조사부 및 성형플랫폼을 포함하여 구성되는 3D 프린터 제어부에 공급하는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 3D 프린터는 SLA 방식, SLS 방식 및 DLP 방식을 포함하는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 성형높이 조절방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 높이조절이 필요한 제1 단면이미지는 성형품 외주면의 전부 또는 일부에 곡선부 또는 경사부가 포함된 외주면의 단면이미지인 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 성형높이 조절방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 높이조절이 필요한 제1 단면이미지는 사용자의 선택 또는 연산부의 자동 연산에 의해 선택된 단면이미지인 것을 특지으로 하는 3D 프린터의 성형높이 조절방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분할된 제2 단면이미지의 개수는 사용자의 선택 또는 연산부의 자동 연산에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 성형높이 조절방법.
  6. 성형품의 3D 도면을 광조사부의 해상도에 대응하는 높이별 횡방향 제1 단면이미지를 추출하고, 상기 제1 단면이미지 중 높이조절이 필요한 제1 단면이미지를 선정한 다음, 상기 높이조절이 필요한 제1 단면이미지의 단면을 분할하여 제2 단면이미지를 추출하는 단면이미지가공부;
    상기 높이조절이 필요한 제1 단면이미지를 사용자의 선택 또는 자동 연산에 의해 선택하는 연산부; 및
    상기 단면이미지가공부 및 상기 연산부를 제어하는 제어부를 포함하는
    성형높이 조절이 가능한 3D 프린터 시스템.
  7. 광경화성 소재가 담기는 원료용기,
    상기 원료용기의 상부에 복수로 배치되며, 상기 원료용기로 성형할 성형물의 축방향 단면이미지에 대응되는 광을 조사하는 광조사부,
    상기 원료용기의 상측으로부터 하방향으로 승강가능하게 구비되며, 상부에 성형물이 성형되는 성형플랫폼,
    상기 성형물에 대한 하나의 단면이미지를 상기 광조사부로 공급하는 단면이미지가공부 및
    상기 단면이미지가공부 및 상기 성형플랫폼을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 단면이미지가공부는 성형품의 3D 도면을 광조사부의 해상도에 대응하는 높이별 횡방향 제1 단면이미지를 추출하고, 상기 제1 단면이미지 중 높이조절이 필요한 제1 단면이미지를 선정한 다음, 상기 높이조절이 필요한 제1 단면이미지의 단면을 분할하여 제2 단면이미지를 추출하는
    성형높이 조절이 가능한 DLP 방식의 3D 프린터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 단면이미지가공부는 상기 성형물에 대한 단면이미지를 복수의 상기 광조사부가 각각 광을 조사하는 복수개의 성형영역에 대응되게 복수개로 분할하여 복수의 상기 광조사부로 공급하는 것을 특징으로 하는 복수의 광조사부를 포함하는 성형높이 조절이 가능한 DLP 방식의 3D 프린터.
  9. 광경화성 소재가 담기는 원료용기,
    상기 원료용기의 하부에 배치되며, 상기 원료용기로 성형할 성형물의 축방향 단면이미지에 대응되는 광을 조사하는 광조사부,
    상기 원료용기의 하측으로부터 상방향으로 승강가능하게 구비되며, 하부에 성형물이 성형되는 성형플랫폼,
    상기 성형물에 대한 하나의 단면이미지를 상기 광조사부로 공급하는 단면이미지가공부 및
    상기 단면이미지가공부 및 상기 성형플랫폼을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 단면이미지가공부는 성형품의 3D 도면을 광조사부의 해상도에 대응하는 높이별 횡방향 제1 단면이미지를 추출하고, 상기 제1 단면이미지 중 높이조절이 필요한 제1 단면이미지를 선정한 다음, 상기 높이조절이 필요한 제1 단면이미지의 단면을 분할하여 제2 단면이미지를 추출하는
    성형높이 조절이 가능한 DLP 방식의 3D 프린터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 높이조절이 필요한 제1 단면이미지는 성형품 외주면의 전부 또는 일부에 곡선부 또는 경사부가 포함된 외주면의 단면이미지인 것을 특징으로 하는 성형높이 조절이 가능한 DLP 방식의 3D 프린터.
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