KR20210125689A - A bottom-up 3D printing device with heating vat to control high viscosity materials and control method thereof - Google Patents

A bottom-up 3D printing device with heating vat to control high viscosity materials and control method thereof Download PDF

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KR20210125689A
KR20210125689A KR1020200043141A KR20200043141A KR20210125689A KR 20210125689 A KR20210125689 A KR 20210125689A KR 1020200043141 A KR1020200043141 A KR 1020200043141A KR 20200043141 A KR20200043141 A KR 20200043141A KR 20210125689 A KR20210125689 A KR 20210125689A
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heating
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KR1020200043141A
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조광호
이상규
장경준
정연성
용선정
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주식회사 쓰리디컨트롤즈
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    • C08K2003/2244Oxides; Hydroxides of metals of zirconium

Abstract

The present invention relates to a bottom-up 3D printing device with a heating vat to control high viscosity materials, which minimizes a making failure of a material platform. According to the present invention, the bottom-up 3D printing device comprises: a header for curing a material linearly moving in the Z-axis direction by a linear actuator; a heating vat disposed at the lower end of the header for curing a material to accommodate a high-viscosity material including zirconia (ZrO_2); and a light source unit emitting ultraviolet light for curing the material in the upper and lower parts of the heating vat. The heating vat includes: a body part including four side parts, wherein a heating member for heating the material to a predetermined temperature or higher to lower the viscosity of the high-viscosity material is inserted into each side part; and a film fixing part disposed on the lower part of the body part to fix a release film which is a transparent material passing the ultraviolet light.

Description

고점도 재료를 컨트롤하도록 히팅 배트를 구비한 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치 및 그의 제어 방법 {A bottom-up 3D printing device with heating vat to control high viscosity materials and control method thereof}A bottom-up 3D printing device with heating vat to control high viscosity materials and control method thereof

본 발명은 고점도 재료를 컨트롤하도록 히팅 배트를 구비한 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고점도 재료가 일정 온도 이상을 유지할 수 있도록 레진 수조 또는 제작 플랫폼 자체를 가열함으로써 재료의 유동성을 향상된 고점도 재료를 컨트롤하도록 히팅 배트를 구비한 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bottom-up type 3D printing apparatus having a heating bat to control a high-viscosity material and a control method thereof, and more particularly, to heat a resin tank or the production platform itself so that the high-viscosity material can maintain a certain temperature or more. By doing so, it relates to a bottom-up 3D printing apparatus having a heating bat to control a high-viscosity material having improved fluidity of the material, and a method for controlling the same.

종래의 3D 프린터는 탑다운(Top-down) 방식과 바텀업(Bottom-up) 방식으로 구분할 수 있다.The conventional 3D printer can be divided into a top-down method and a bottom-up method.

탑다운 방식의 3D 프린터는 수조(Vat)에 채워진 레진(Resin)의 상부에서 광원을 조사하여 경화시키고, 경화된 재료가 제작 플랫폼(Platform)의 상면 고정된 상태에서 Z축 구동부가 하부 방향으로 이동하면서 다음 재료 층들이 상부 방향으로 적층되면서 제작된다. The top-down 3D printer is cured by irradiating a light source from the upper part of the resin filled in the vat, and the Z-axis driving part moves downward while the cured material is fixed on the upper surface of the production platform. While the next material layers are stacked in the upper direction, they are manufactured.

바텀업 방식의 3D 프린터는 수조에 채워진 레진의 하부에서 광원을 조사하여 재료를 경화시키고, 경화된 재료가 제작 플랫폼을 하면에 고정된 상태에서 Z축 구동부가 상부 방향으로 이동하면서 다음 재료 층이 하부 방향으로 적층되면서 제작된다. The bottom-up 3D printer irradiates a light source from the bottom of the resin filled in the water tank to harden the material, and while the cured material is fixed to the bottom of the production platform, the Z-axis drive moves upward while the next material layer is lowered. It is manufactured by stacking in the direction.

이중 탑다운 방식의 3D 프린터는 구조물의 매 층을 제작하기 위해 리코터(Recoater)가 사용되는 반면, 바텀업 방식의 3D 프린터는 구조물 제작 시 리코터를 생략하고 제작할 수 있다.A double top-down 3D printer uses a recoater to fabricate every layer of a structure, whereas a bottom-up 3D printer can omit the recoater when manufacturing a structure.

그러나, 바텀업 방식의 3D 프린터 중에서 지르코니아(Zirconia, ZrO2)를 사용하는 3D 프린터는 지르코니아의 높은 점성 때문에 제품 제작의 실패율이 현저히 높으며, 높은 불량률을 초래힌다.However, among the bottom-up 3D printers, the 3D printer using zirconia (Zirconia, ZrO 2 ) has a remarkably high failure rate of product manufacturing due to the high viscosity of zirconia, resulting in a high defect rate.

뿐만 아니라, 하단부에서 레진을 경화하기 위한 광원이 하나가 놓이는데 지르코니아의 재료 특성 때문에 경화 깊이가 깊지 못하기 때문에 제작 플랫폼에 레이어가 제대로 안착되지 못하는 단점이 있었다.In addition, a light source for curing the resin is placed at the lower part, but due to the material properties of zirconia, the curing depth is not deep, so the layer could not be properly seated on the production platform.

이에 따라, 상술한 고점도 재료를 사용하는 바텀업 방식의 3D 프린터의 단점을 해결하기 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for technology development to solve the disadvantages of the bottom-up type 3D printer using the above-described high-viscosity material.

본 발명은 상술한 기술적 문제에 대응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래 기술에서의 한계와 단점에 의해 발생하는 다양한 문제점을 실질적으로 보완할 수 있는 것으로, 고점도 재료가 일정 온도 이상을 유지할 수 있도록 레진 수조 또는 제작 플랫폼 자체를 가열함으로써 재료의 유동성을 향상된 고점도 재료를 컨트롤하도록 히팅 배트를 구비한 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치를 제공하는데 있다.The present invention has been devised to respond to the above-described technical problem, and an object of the present invention is to be able to substantially supplement various problems caused by limitations and disadvantages in the prior art, and a high-viscosity material can maintain a certain temperature or more. An object of the present invention is to provide a bottom-up 3D printing apparatus equipped with a heating bat to control a high-viscosity material with improved fluidity of the material by heating the resin tank or the production platform itself.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 고점도 재료를 컨트롤하도록 히팅 배트를 구비한 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치는 리니어 액추에이터에 의해 Z축 방향으로 직선 운동하는 재료 경화용 헤더; 및 상기 재료 경화용 헤더의 하단에 배치되어 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 고점도의 재료를 수용하는 히팅 배트(Heating Vat); 및 상기 히팅 배트의 상부와 하부에서 재료 경화를 위한 자외선 광을 조사하는 광원부를 포함하는 3D 프린팅 장치에 있어서, 상기 히팅 배트는, 4개의 측면부를 포함하며 각각의 측면부에는 상기 고점도의 재료의 점성을 낮추기 위해 상기 재료를 일정 온도 이상으로 가열하는 히팅 가능한 부재가 삽입되는 바디부; 및 상기 바디부의 하부에 배치되어 상기 자외선 광이 통과하는 투명 부재인 이형 필름을 고정하는 필름 고정부를 포함할 수 있다.In order to solve the above problems, a bottom-up 3D printing device having a heating bat to control a high-viscosity material according to an embodiment of the present invention is a header for material curing that linearly moves in the Z-axis direction by a linear actuator; And it is disposed at the bottom of the header for curing the material zirconia (ZrO 2 ) A heating bat for accommodating a high-viscosity material including; And in the 3D printing apparatus comprising a light source for irradiating ultraviolet light for curing the material in the upper and lower portions of the heating bat, the heating bat includes four side portions, and each side portion has the viscosity of the high-viscosity material. a body portion into which a heatable member for heating the material to a certain temperature or more to lower it is inserted; and a film fixing part disposed under the body part to fix a release film that is a transparent member through which the ultraviolet light passes.

또한, 본 발명의 상기 히팅 가능한 부재는 상기 측면부의 높이와 대응하는 길이로 형성되며 긴 원통형의 형상을 갖을 수 있다.In addition, the heatable member of the present invention is formed with a length corresponding to the height of the side portion and may have a long cylindrical shape.

또한, 본 발명의 상기 히팅 가능한 부재는 상기 히팅 배트의 가장자리를 따라 상기 히팅 배트에 띠를 두른 형태로 배치되고, 상기 열선은 일정 간격 이격되어 평행하게 배치될 수 있다. In addition, the heatable member of the present invention is arranged in the form of a band wrapped around the heating bat along the edge of the heating bat, the heating wire may be spaced apart from each other and arranged in parallel.

또한, 본 발명의 상기 바디부의 하단면은 중앙부에 홀이 형성되며, 상기 이형 필름은 상기 홀을 통해 광이 투과될 수 있다.In addition, a hole is formed in the center of the lower end surface of the body portion of the present invention, and the release film may transmit light through the hole.

또한, 상기 광원부는 상기 제작 플랫폼의 하부에 배치되어 상 방향으로 광을 조사하는 제1 광원부; 및 상기 제작 플랫폼의 상부에 배치되어 하 방향으로 광을 조사하는 제2 광원부;를 포함하되, 상기 제1 광원부와 상기 제2 광원부는 상기 제작 플랫폼에 적층되는 하나의 레이어에 광을 동시에 조사할 수 있다.In addition, the light source unit is disposed under the manufacturing platform a first light source unit for irradiating light in an upward direction; and a second light source unit disposed on top of the manufacturing platform to irradiate light in a downward direction, wherein the first light source unit and the second light source unit can simultaneously irradiate light to one layer stacked on the manufacturing platform. have.

또한, 상기 제1 광원부는 DLP 프로젝터이고, 상기 제2 광원부는 LED일 수 있다.In addition, the first light source unit may be a DLP projector, and the second light source unit may be an LED.

또한, 상기 히팅 배트는 상기 제1 광원부 및 상기 제2 광원부 사이에 배치될 수 있다.In addition, the heating bat may be disposed between the first light source unit and the second light source unit.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고점도 재료를 컨트롤하도록 히팅 배트를 구비한 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치의 제어 방법은 네트워크 통신망을 통해 컴퓨팅 장치로부터 제작하고자 하는 구조물에 대한 정보를 수신하는 단계; 상기 구조물에 대한 정보에 기초하여 리니어 액추에이터에 고정된 재료 경화용 헤더의 움직임을 제어하는 단계; 및 상기 재료 경화용 헤더의 움직임에 기초하여 레이어를 층층이 적층 시 상기 재료 경화용 헤더의 하단에 배치되어 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 고점도 재료를 수용하는 히팅 배트(Heating Vat)를 가열하는 단계;를 포함하며, 상기 히팅 배트의 측면부에는 상기 고점도의 재료의 점성을 낮추기 위해 상기 고점도 재료를 일정 온도 이상으로 가열하는 히팅 가능한 부재가 삽입될 수 있다.On the other hand, the control method of the bottom-up type 3D printing apparatus having a heating bat to control the high-viscosity material according to another embodiment of the present invention comprises the steps of: receiving information about a structure to be manufactured from a computing device through a network communication network; controlling the movement of a header for material curing fixed to the linear actuator based on the information on the structure; And when the layers are laminated layer by layer based on the movement of the header for material curing, it is disposed at the lower end of the header for material curing and accommodating a high-viscosity material containing zirconia (ZrO 2 ) Heating a heating vat (Heating Vat); Including, a heatable member for heating the high-viscosity material to a certain temperature or higher in order to lower the viscosity of the high-viscosity material may be inserted into the side portion of the heating bat.

본 발명에 따른 과제의 해결수단은 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.The solution of the problem according to the present invention is not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present specification.

본 발명은 고점도 재료에 동일한 파장대의 광을 조사하는 두 개의 광원을 이용하여 경화의 깊이를 깊게 함으로써 재료 플랫폼에 대한 제작 실패율을 최소화할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of minimizing the manufacturing failure rate for the material platform by increasing the depth of curing using two light sources that irradiate light of the same wavelength band to the high-viscosity material.

또한, 본 발명은 고점도 레진을 일정 온도 이상을 유지할 수 있도록 레진 수조 또는 제작 플랫폼 자체를 가열함으로써 재료의 유동성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of improving the fluidity of the material by heating the resin tank or the production platform itself so that the high-viscosity resin can be maintained at a certain temperature or more.

또한, 본 발명은 재료 유입홀을 구비한 3중날 형태의 블레이드를 사용함으로써 고점도 레진의 표면을 평탄화함과 동시에 리코팅(Recoating)하여 블러(Blur) 현상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of minimizing the blur by flattening the surface of the high-viscosity resin and at the same time recoating it by using a blade in the form of a triple blade having a material inlet hole.

또한, 본 발명은 제작 실패율을 최소화함에 따라 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can improve the reliability of the product by minimizing the manufacturing failure rate.

본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(1000)는 레이저 센서를 사용하지 않고, DLP의 초점거리를 고정함으로써 측정 오류를 최소화할 수 있는 효과가 있다.The 3D printing apparatus 1000 according to another embodiment of the present invention has the effect of minimizing a measurement error by fixing the focal length of the DLP without using a laser sensor.

또한, 본 발명은 블레이드의 움직임을 통해 DLP 초점거리를 일정하게 유지함으로써 고점도 레진을 사용하는 장치가 다음 레이어 제작 시 고점도로 인한 방해 요인을 감소시킴으로써 제품의 완성도를 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of increasing the completeness of the product by reducing the disturbance factor due to the high viscosity when the device using the high-viscosity resin is manufactured by the next layer by maintaining the DLP focal length constant through the movement of the blade.

또한, 본 발명은 DLP 초점거리를 일정하게 유지함에 따라 재료의 높이가 높더라도 제작 플랫폼을 깊이 하강할 필요가 없기 때문에 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of reducing the time because the DLP focal length is kept constant, and there is no need to descend the manufacturing platform even if the material height is high.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.The effect according to the present invention is not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present specification.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 장치의 재료 경화용 헤더를 설명하기 위한 확대도이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치의 문제점을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 장치의 레진 경화 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 히팅 배트를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 바텀업 방식(Bottom-Up) 3D 프린팅 장치의 제어 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 블레이드의 이동에 따른 엣지 블레이드의 움직임을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제품 제작에 따른 블레이드의 이동을 나타낸 예시도이다.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 엣지 블레이드의 움직임에 기초한 재료 유입 및 리코팅(recoating) 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탑다운 방식의 3D 프린팅 장치를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 비교예에 따른 탑다운 방식의 3D 프린팅 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 12는 본 발명의 비교예에 따른 탑다운 방식 3D 프린팅 장치의 문제점을 설명하기 위한 예시도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 DLP초점 표면을 설명하기 위한 확대 사시도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레진 수조를 나타낸 사시도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 DLP 초점거리에 따른 블레이드 이동 및 재료 공급 과정을 설명하기 위한 예시도이다
1 is a cross-sectional view of a 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged view for explaining a header for material curing of the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary view for explaining the problems of the bottom-up type 3D printing apparatus according to the comparative example of the present invention.
4 is an exemplary view for explaining a resin curing process of the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is an exploded perspective view for explaining a heating bat according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a control process of a bottom-up 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart for explaining the movement of the edge blade according to the movement of the blade according to an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary view showing the movement of the blade according to the manufacture of the product according to the embodiment of the present invention.
9A to 9B are exemplary views for explaining a material inflow and recoating process based on the movement of an edge blade according to an embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view showing a top-down 3D printing apparatus according to another embodiment of the present invention.
11 is an exemplary view for explaining an operation process of a top-down type 3D printing apparatus according to a comparative example of the present invention.
12 is an exemplary view for explaining a problem of a top-down method 3D printing apparatus according to a comparative example of the present invention.
13 is an enlarged perspective view for explaining a DLP focus surface according to an embodiment of the present invention.
14 is a perspective view showing a resin tank according to another embodiment of the present invention.
15 is an exemplary view for explaining the blade movement and material supply process according to the DLP focal length according to another embodiment of the present invention

발명의 이점, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages of the invention, and methods of achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우, '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.The shapes, sizes, proportions, angles, numbers, etc. disclosed in the drawings for explaining the embodiments of the present invention are exemplary, and thus the present invention is not limited to the illustrated matters. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. When 'including', 'having', 'consisting', etc. mentioned in this specification are used, other parts may be added unless 'only' is used. When a component is expressed in a singular, the case in which the plural is included is included unless otherwise explicitly stated.

구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.In interpreting the components, it is interpreted as including an error range even if there is no separate explicit description.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.Each feature of the various embodiments of the present invention may be partially or wholly combined or combined with each other, and technically various interlocking and driving are possible, as will be fully understood by those skilled in the art, and each embodiment may be independently implemented with respect to each other, It may be possible to implement together in a related relationship.

이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a bottom-up type 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 장치의 단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 장치의 재료 경화용 헤더를 설명하기 위한 확대도이다. 도 3은 본 발명의 비교예에 따른 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치의 문제점을 설명하기 위한 예시도이다.1 is a cross-sectional view of a 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention. 2 is an enlarged view for explaining a header for material curing of the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention. 3 is an exemplary view for explaining the problems of the bottom-up type 3D printing apparatus according to the comparative example of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)는 재료가 부착된 제작 플랫폼을 상 방향으로 이송시키면서 층층이 구조물(혹은 3D 출력물, 본 발명에서는 치과용 제작물인 것을 기본으로 함)을 형성시켜 적층하는 바텀업(Bottom-up) 방식의 프린터이다. 본 발명에서 재료는 후술되는 광경화 수지가 레이저 빔(혹은 자외선, 가시광선일 수도 있음)과 LED에 의해 경화된 상태를 지칭하는 의미로 해석되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 3D 프린팅 장치(100)는 DLP(Digital Light Processing) 방식인 것을 기본으로 한다. 다만 실시예에 따라, 광중합 방식(Vat Photopolymerization), Formlabs사 Form 시리즈, SLA(Stereo Lithography Apparatus) 방식 등을 사용할 수 있다.The 3D printing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention forms a layer-by-layer structure (or a 3D output, based on a dental product in the present invention) while transporting the manufacturing platform to which the material is attached in the upward direction and stacking it. This is a bottom-up printer. In the present invention, the material is preferably interpreted as referring to a state in which a photocurable resin described later is cured by a laser beam (or ultraviolet or visible light) and an LED. In the present invention, the 3D printing apparatus 100 is based on a digital light processing (DLP) method. However, depending on the embodiment, a photopolymerization method (Vat Photopolymerization), Formlabs' Form series, SLA (Stereo Lithography Apparatus) method, etc. may be used.

도 1을 참조하면, 3D 프린팅 장치(100)는 서보 모터(Survo Moter, 110), 리니어 액추에이터(Linear Actuator, 111), 블록(112), 헤더 지지대(120), 재료 경화용 헤더(130), 베이스 플레이트(140), 베이스 플레이트에 고정되는 레진 수조(150), 광학 렌즈부(160), 블레이드(170) 및 지지프레임(FR)을 포함한다.1, the 3D printing apparatus 100 is a servo motor (Survo Moter, 110), a linear actuator (Linear Actuator, 111), a block 112, a header support 120, a header for material curing (130), It includes a base plate 140 , a resin tank 150 fixed to the base plate, an optical lens unit 160 , a blade 170 , and a support frame FR.

서보 모터(110)는 리니어 액추에이터(111)의 움직임을 제어하는 구성이다. 구체적으로, 서보 모터(110)는 네트워크 통신망에 의해 컴퓨팅 장치로부터 위치 값을 전송받아, 액추에이터(120)에 고정된 재료 경화용 헤더(130)를 상하 방향으로 직선 운동 시킨다. 서보 모터(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 리니어 액추에이터의 상단에 배치된다. 한편, 리니어 액추에이터(111)의 움직임을 제어하기 위한 모터는 이에 제한되지 않으며, 스텝 모터(혹은 스테핑 모터(Stepping Motor) 등이 사용될 수도 있다.The servo motor 110 is configured to control the movement of the linear actuator 111 . Specifically, the servo motor 110 receives the position value from the computing device through the network communication network, and linearly moves the material curing header 130 fixed to the actuator 120 in the vertical direction. The servo motor 110 is disposed on the upper end of the linear actuator as shown in FIG. 1 . Meanwhile, the motor for controlling the movement of the linear actuator 111 is not limited thereto, and a step motor (or a stepping motor) may be used.

블록(112)은 리니어 액추에이터(111) 내에 형성된 볼스크류의 나사선의 움직임에 따라 상하방향으로 움직이는 구성이며, 리니어 액추에이터(111)의 정면부에 고정되도록 형성된다. 블록(112)의 일면에는 적어도 4개의 나사에 의해 헤더 지지대(120)가 고정된다. 헤더 지지대(120)는 블록(112)에 고정되는 면과 반대측에 위치한 재료 경화용 헤더(130)를 지지하기 위한 구성이다.The block 112 is configured to move in the vertical direction according to the movement of the screw thread of the ball screw formed in the linear actuator 111 , and is formed to be fixed to the front surface of the linear actuator 111 . The header support 120 is fixed to one surface of the block 112 by at least four screws. The header support 120 is configured to support the header 130 for material curing located on the opposite side to the surface fixed to the block 112 .

재료 경화용 헤더(130)는 후술될 레진 수조(150)의 상부에 배치되어 레진 수조(150) 내에 수용되는 고점도의 광경화 수지를 경화시키는 구성으로, LED를 포함한다. 여기서, LED는 제1 광원부라고 지칭될 수도 있다. 구체적으로, 재료 경화용 헤더(130)는 냉각팬(131), 방열판(132), LED(133), 광경로(134) 및 제작 플랫폼(135)을 포함한다.The material curing header 130 is disposed on the resin tank 150 to be described later to cure the high-viscosity photocurable resin accommodated in the resin tank 150, and includes an LED. Here, the LED may be referred to as a first light source unit. Specifically, the header 130 for curing the material includes a cooling fan 131 , a heat sink 132 , an LED 133 , a light path 134 , and a fabrication platform 135 .

냉각팬(131)은 재료 경화용 헤더(130)의 상단에 배치되어 외부의 공기를 유입시켜 방열판(132)에 의해 중앙부에 배치된 LED(133)에서 발생되는 열기를 냉각시키는 역할을 수행한다. 이에 따라, LED(133)는 냉각 및 방열 처리됨으로써, 수명이 연장될 수 있다. The cooling fan 131 is disposed on the upper end of the header 130 for curing the material, and serves to cool the heat generated by the LED 133 disposed in the central portion by the heat sink 132 by introducing external air. Accordingly, the life of the LED 133 may be extended by cooling and heat dissipation treatment.

재료 경화용 헤더(130)의 하단에는 제작하고자 하는 구조물이 층층이 적층되는 영역인 제작 플랫폼(135)이 위치한다. 다시 말해, 제작 플랫폼(135)의 하면에는 하부에서 조사되는 레이저 빔에 의해 액상의 광경화 수지가 광중합반응 (photopolymerizaion, 이하 열화반응이라고도 함)에 의해 경화된 고체의 재료가 층층이 적층된다. 제작 플랫폼(135)과 LED 사이에는 광경로(134)가 배치된다. 광경로(134)는 LED(133)에서 조사되는 UV LED가 조사되는 경로이다.At the lower end of the header 130 for curing the material, a manufacturing platform 135 is located, which is an area in which structures to be manufactured are stacked layer by layer. In other words, on the lower surface of the fabrication platform 135 , a solid material in which a liquid photocurable resin is cured by photopolymerization (hereinafter also referred to as degradation reaction) by a laser beam irradiated from the bottom is laminated layer by layer. A light path 134 is disposed between the fabrication platform 135 and the LEDs. The light path 134 is a path through which the UV LED irradiated from the LED 133 is irradiated.

재료 경화용 헤더(130)를 이용한 재료 경화와 관련된 보다 상세한 내용은 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.Further details related to material hardening using the material hardening header 130 will be described later with reference to FIG. 4 .

베이스 플레이트(140)에는 앞서 상술한 리니어 액추에이터(111)와 다양한 구성요소가 형성되는 구성이다. 구체적으로, 도 2를 참조하면, 상기 리니어 액추에이터(111)의 길이 방향과 수직한 방향으로 지면에 형성되는 랙기어(RG), 랙기어(RG)에 고정되어 랙기어(RG)의 길이 방향으로 왕복 운동하는 가이드 블럭(GB), 가이드 블럭(GB)에 고정된 블레이드(170)를 수용하며 고점도의 광경화 수지가 담겨지는 레진 수조(150)가 형성된다. 이 밖에도 베이스 플레이트(140)는 상술한 구성들을 고정하기 위한 다양한 구성요소들을 더 포함하나, 설명의 편의를 위해 생략하였다.The base plate 140 has a configuration in which the above-described linear actuator 111 and various components are formed. Specifically, referring to FIG. 2 , a rack gear RG formed on the ground in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the linear actuator 111 , is fixed to the rack gear RG, and in the longitudinal direction of the rack gear RG. A resin tank 150 is formed that accommodates the reciprocating guide block GB and the blade 170 fixed to the guide block GB and contains a high-viscosity photocurable resin. In addition, the base plate 140 further includes various components for fixing the above-described components, but has been omitted for convenience of description.

레진 수조(150)는 고점도의 광경화 수지(이하, “광중합 재료” 또는 “레진(Resin)”이라고도 함)를 수용하며, 배트(Vat)라고 지칭될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 레진 수조(150)는 고점도의 광경화 수지의 점성을 일정 이하로 낮추기 위해 히팅(Heating) 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다. 이에, 레진 수조(150)는 히팅 배트(Heating Vat)라고 지칭될 수도 있다. 이와 관련된 보다 구체적인 설명은 도 5 등을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.The resin tank 150 accommodates a high-viscosity photocurable resin (hereinafter, also referred to as “photopolymerizable material” or “resin”), and may be referred to as a vat. In addition, the resin tank 150 according to the embodiment of the present invention is characterized in that it performs a heating function to lower the viscosity of the high-viscosity photocurable resin to a certain level or less. Accordingly, the resin tank 150 may be referred to as a heating vat. A more detailed description related thereto will be described in detail with reference to FIG. 5 and the like.

레진 수조(150)의 하단면은 광 투과가 가능한 부재(이하, '투명 플레이트”라고도 함)로 구성되며, 측면은 상기 하단면의 가장자리를 따라 형성된 벽체로 구성된다. 이때, 벽체는 4면으로 이루어져 있으며 벽체 중 일 측면은 레진 수조(150)에 수용되는 광경화 수지의 높이를 관찰할 수 있도록 벽체의 나머지 측면보다 낮은 높이로 형성되거나 하단면과 같이 투명한 부재로 구성될 수도 있다. 또한, 레진 수조(150)는 베이스 플레이트(140)에 고정된 레진 수조 지지대(180)에 의해 지지되는 것을 특징으로 한다.The lower surface of the resin tank 150 is composed of a light-transmitting member (hereinafter, also referred to as a 'transparent plate'), and the side is composed of a wall formed along the edge of the lower surface. At this time, the wall consists of 4 sides, and one side of the wall is formed to a lower height than the other side of the wall so that the height of the photocurable resin accommodated in the resin tank 150 can be observed, or is composed of a transparent member such as the bottom side. could be In addition, the resin tank 150 is characterized in that it is supported by the resin tank support 180 fixed to the base plate (140).

또한, 본 발명에서 광경화 수지는 제작 플랫폼(135)에 접착된 재료가 제작 플랫폼(1310의 움직임에 따라 다음 재료층을 경화시키는 역할을 수행하며, 본 발명에서 광경화 수지는 지르코니아(Zirconia, ZrO2)를 함유한 높은 점성을 갖는 것을 특징으로 한다. 레진의 점성은 지르코니아(ZrO2)의 함유량에 따라 상이해지지만 일반적으로 지르코니아(ZrO2)가 함유되지 않은 레진에 비해 점성이 매우 높은 편인 것으로 이해되는 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, the photocurable resin serves to cure the next material layer according to the movement of the manufacturing platform 1310 by the material adhered to the manufacturing platform 135, and in the present invention, the photocurable resin is zirconia (ZrO). 2) as characterized by having a high viscosity containing a. the viscosity of the resin is zirconia (ZrO 2) but not become different depending on the content typically zirconia (ZrO 2) is compared with the non-containing resin to a very high viscosity ally of It is desirable to understand

그러나, 일반적으로 치과용 지르코니아(ZrO2)의 입자는 Tetragonal(정방형, 육면체) 형태의 입자와 Cubic(입방체, 정육면체) 형태의 입자가 혼합되어 제작된다. 이때, 빛이 Tetragonal(정방형, 육면체) 형태의 입자가 많은 지르코니아를 통과하게 되면 빛의 산란이 많이 일어나기 때문에(이하, “광이 수평방향으로 확산되기 때문에”라고도 함) 투명도가 떨어진다. 이와 반대로, Cubic(입방체, 정육면체) 형태의 입자를 빛이 통과할 경우에는 빛이 산란하지 않고 똑바로 통과하기 때문에(이하, “광이 수직 방향으로 확산되기 때문에”라고도 함) 더욱 투명하게 보이게 되므로 우수한 심미성을 갖는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, Cubic 형태의 입자가 Tetragonal 형태의 입자 보다 많이 함유된 재료는 투명도가 높아 자연치아와 유사한 모습을 구현할 수 있기 때문에 치과용 재료로서 적합하다.However, in general, dental zirconia (ZrO 2 ) particles are prepared by mixing Tetragonal (square, hexahedral) type particles and Cubic (cubic, cube) type particles. At this time, when light passes through zirconia having many Tetragonal (square, hexahedral) particles, a lot of light scattering occurs (hereinafter, also referred to as “because light is diffused in the horizontal direction”), and thus the transparency is lowered. On the other hand, when light passes through cubic (cubic, cube) particles, the light passes straight through without scattering (hereinafter, also referred to as “light diffuses in the vertical direction”), making it appear more transparent. It is characterized by having aesthetics. Accordingly, a material containing more cubic-type particles than tetragonal-type particles is suitable as a dental material because it can implement a shape similar to natural teeth due to high transparency.

그러나, 일반적인 지르코니아(ZrO2)는 Tetragonal의 입자 함유량이 80% 정도이기 때문에 DLP에 의한 경화 깊이가 낮고, 빛이 산란하기 때문에 수평 방향으로 광이 확산되는 현상이 발생한다. 이에 따라, 경화가 제대로 이루어지지 않은 지르코니아 제품은 접착력이 우수하지 않기 때문에 첫 번째 레이어 형성 시 높은 확률로 제작 플랫폼에 안착되는 것이 실패하는 단점을 가지고 있다.However, since general zirconia (ZrO 2 ) has a tetragonal particle content of about 80%, the depth of hardening by DLP is low, and light is diffused in the horizontal direction because light is scattered. Accordingly, the zirconia product that is not cured properly has a disadvantage in that it fails to be seated on the manufacturing platform with high probability when the first layer is formed because the adhesive strength is not excellent.

뿐만 아니라, 일반적인 지르코니아(ZrO2)는 높은 점성으로 인해 재료(혹은 레진)의 유동성이 떨어지기 때문에, 도 3에 도시된 바와 같이, 레진 수조 내에 수용된 광경화 수지에는 이전 레이어의 형태에 따라 빈 공간(또는 홈)이 형성된 채로 유지된다는 문제점이 있다. 이에 따라, 일반적인 지르코니아(ZrO2)를 사용할 경우 다음 레이어(혹은 층) 제작을 위해 형성된 빈 공간에 재료 유입되어야 하지만 높은 점성으로 인해 재료 유입이 용이하지 않은 문제점이 있다. 다시 말해, 도 3에 도시된 바와 같이, 제작 플랫폼(931)은 구조물 제작에 따라 Z축 방향으로 움직이는데, 이때, 레진 수조(950)에 수용된 레진은 지르코니아(ZrO2)에 의해 점성이 높아 이전에 제작된 구조물의 모양(예컨대, 치아 모양)과 대응하는 빈 공간(Empty space)이 레진에 형성되는 것을 알 수 있다. In addition, since general zirconia (ZrO 2 ) has low fluidity of the material (or resin) due to its high viscosity, as shown in FIG. There is a problem in that (or grooves) remain formed. Accordingly, when using general zirconia (ZrO 2 ), the material must be introduced into the empty space formed for the production of the next layer (or layer), but there is a problem in that the material is not easily introduced due to high viscosity. In other words, as shown in FIG. 3 , the production platform 931 moves in the Z-axis direction according to the structure production. At this time, the resin accommodated in the resin tank 950 has high viscosity due to zirconia (ZrO 2 ). It can be seen that an empty space corresponding to the shape of the fabricated structure (eg, tooth shape) is formed in the resin.

광학 렌즈부(160)는 레진 수조(150)의 하부 즉, 베이스 플레이트()에 배치되어 레진 수조에 수용된 광경화 수지를 경화시키는 구성이다. 광학 렌즈부(160)는 제2 광원부로 지칭될 수도 있다. 광학 렌즈부(160)는 베이스 플레이트의 하단부에 배치되며 상기 베이스 플레이트의 4개의 모서리 측을 지지하도록 배치되는 프레임에 의해 보호된다.The optical lens unit 160 is disposed on the lower portion of the resin tank 150 , that is, the base plate ( ) to cure the photocurable resin accommodated in the resin tank. The optical lens unit 160 may be referred to as a second light source unit. The optical lens unit 160 is disposed at the lower end of the base plate and is protected by a frame disposed to support the four corner sides of the base plate.

블레이드(170)는 3중날 즉, 중앙 블레이드 및 상기 중앙 블레이드 양 측에 배치된 엣지 블레이드로 구성된다. 여기서, 두 개의 엣지 블레이드는 높이가 조절됨에 따라 중앙 블레이드와 양 측에 배치된 두 개의 엣지 블레이드는 서로 상이한 높이를 갖을 수 있다. 블레이드(170)는 상기 레진 수조(150)의 하면에 배치된 필름 및 레진 수조(150) 내에 수용된 광경화 수지의 표면을 평탄화(이하, “리코팅(Recoating)”이라고도 함)하고, 레진의 표면에 형성된 빈 공간을 채우는 역할을 수행한다. 블레이드(170)의 세부 구성과 동작 과정에 대해서는 도 8 내지 도 10b를 참조하여 후술하기로 한다.The blade 170 is composed of a triple blade, that is, a central blade and an edge blade disposed on both sides of the central blade. Here, as the height of the two edge blades is adjusted, the central blade and the two edge blades disposed on both sides may have different heights. The blade 170 flattens the film disposed on the lower surface of the resin tank 150 and the surface of the photocurable resin accommodated in the resin tank 150 (hereinafter, also referred to as “recoating”), and the surface of the resin It fills the empty space formed in the The detailed configuration and operation process of the blade 170 will be described later with reference to FIGS. 8 to 10B .

이하에서는, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 제1 광원부(133) 및 제2 광원부(160)에 의해 레진을 경화시키는 동작을 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation of curing the resin by the first light source unit 133 and the second light source unit 160 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 .

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 장치의 레진 경화 과정을 설명하기 위한 예시도이다.4 is an exemplary view for explaining a resin curing process of the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 3D 프린팅 장치(100)는 제작 플랫폼(135)의 하단에 제작하고자 하는 구조물의 첫번째 레이어(1st layer)를 안정적으로 안착시킬 수 있도록 레진의 상하부를 중첩 경화하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 4, the 3D printing apparatus 100 superimposes and hardens the upper and lower portions of the resin so that the first layer (1 st layer) of the structure to be manufactured can be stably seated on the lower end of the production platform 135. do.

구체적으로, 3D 프린팅 장치(100)는 레진 수조(150)의 상부에 배치되어 Z축 방향으로 직선 운동하는 제작 플랫폼(135)의 하단면에 레이어를 한 층씩 적층하여 구조물(이하, “제작 구조물”이라고도 함)을 제작하는 것을 특징으로 한다. 이때, 층층이 적층되는 레이어는 한 층씩 안정적으로 안착될 수 있도록 제1 광원부(133)를 이용하여 레이어의 상단부를 경화함과 동시에 제2 광원부(160)를 이용하여 레이어의 하단부를 경화하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the 3D printing apparatus 100 is disposed on the upper portion of the resin tank 150 and laminated layer by layer on the lower surface of the production platform 135 that moves linearly in the Z-axis direction to form a structure (hereinafter, “production structure”). Also called), characterized in that it is produced. At this time, the upper end of the layer is cured using the first light source unit 133 so that the layers stacked layer by layer can be stably seated layer by layer, and the lower end of the layer is cured using the second light source unit 160 at the same time. do.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)는 하나의 레이어를 중첩하여 경화함으로써 종래의 3D 프린팅 장치보다 경화의 깊이(혹은 정도)를 깊게 형성할 수 있다. 이에 따라, 두 개의 광원에 의해 제작 플랫폼(135)에 접착된 고점도의 재료로 인해 하부 투영창에서 쉽게 분리될 수 있도록 하는 효과가 있다.That is, the 3D printing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention may form a depth (or degree) of curing deeper than that of a conventional 3D printing apparatus by overlapping and curing one layer. Accordingly, due to the high-viscosity material adhered to the manufacturing platform 135 by the two light sources, there is an effect of allowing the material to be easily separated from the lower projection window.

여기서, 제1 광원부(133)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제작 플랫폼(135)의 상단에 배치되어 자외선(UV, UltraViolet)을 조사하는 LED(133)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 제2 광원부(160)는 제작 플랫폼(135)의 하단에 배치되어 상기 자외선(UV)과 동일한 파장대를 조사하는 DLP(Digital Light Projector) 프로젝터인 것을 특징으로 한다. Here, as shown in FIG. 4 , the first light source unit 133 is disposed on the upper end of the fabrication platform 135 and includes an LED 133 for irradiating ultraviolet (UV, UltraViolet). In addition, the second light source unit 160 is a DLP (Digital Light Projector) projector disposed at the bottom of the manufacturing platform 135 and irradiating the same wavelength band as the ultraviolet (UV).

이하에서는, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 히팅 가능한 레진 수조(150, 이하, “히팅 배트'라고도 함)를 설명하기로 한다.Hereinafter, a heatable resin tank 150 (hereinafter, also referred to as a “heating bat”) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 .

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 히팅 배트를 설명하기 위한 분해 사시도이다.5 is an exploded perspective view for explaining a heating bat according to an embodiment of the present invention.

일반적으로 3D 프린팅 장치에서 사용하는 레진은 폴리머(Polymer) 계열의 재료를 사용하며, 온도를 높일수록 점성이 낮아지는 특성을 갖는다. 이와 마찬가지로, 지르코니아(ZrO2)가 함유된 재료에서도 온도가 높아질수록 점성이 낮아지는 특성을 갖는다.In general, the resin used in the 3D printing apparatus uses a polymer-based material, and has a characteristic that the viscosity decreases as the temperature increases. Likewise, even in a material containing zirconia (ZrO 2 ), the higher the temperature, the lower the viscosity.

본 발명에서는 상술한 특성을 이용하여 점도가 높은 지르코니아(ZrO2)의 점성을 낮추기 위해 히팅 가능한 레진 수조(150)를 사용한다. 이하에서는 설명의 편의를 의해 히팅 가능한 레진 수조(150)를 '히팅 배트'라고 지칭하기로 한다.In the present invention, a heatable resin tank 150 is used to lower the viscosity of high-viscosity zirconia (ZrO 2 ) by using the above-described characteristics. Hereinafter, for convenience of description, the heatable resin tank 150 will be referred to as a 'heating bat'.

도 5를 참조하면, 히팅 배트(150)는 바디부(151), 필름 고정부(152) 및 레진 수조 지지대의 하면부(153)로 구성된다.Referring to FIG. 5 , the heating bat 150 includes a body part 151 , a film fixing part 152 , and a lower surface part 153 of the resin tank support.

바디부(151)는 4개의 측면부를 갖으며, 각각의 측면부의 중앙에는 높이 방향(혹은 Z축 방향)으로 형성된 히터(Heater, 이하, “히팅 가능한 부재”라고도 함)가 삽입된다. 히터(Heater)는 히팅 배트 내에 수용되는 레진의 점성을 일정 이하로 떨어뜨리기 위해 히팅 배트(150)를 일정한 온도로 가열하는 역할을 수행한다. 히터(Heater)는 도 5에 도시된 바와 같이, 긴 원통형으로 형성되며 하단에는 히터의 열을 전달해주는 전극이 형성될 수 있다. 그러나, 히터의 형태는 이에 제한되지 않는다. The body portion 151 has four side portions, and a heater (hereinafter, also referred to as a “heatable member”) formed in the height direction (or Z-axis direction) is inserted in the center of each side portion. The heater serves to heat the heating bat 150 to a constant temperature in order to drop the viscosity of the resin accommodated in the heating bat to a predetermined level or less. As shown in FIG. 5 , the heater is formed in a long cylindrical shape, and an electrode for transferring heat from the heater may be formed at the lower end. However, the shape of the heater is not limited thereto.

예컨대, 히터는 열선의 형태로 형성될 수도 있고, 히터가 형성되는 위치는 실시예에 따라 용이하게 설계 변경 가능하다. 예를 들면, 히터가 열선의 형태로 형성되는 경우에는 히팅 베트(150)가 고르게 일정한 온도를 갖을 수 있도록 복수의 평행한 열선을 히팅 배트(150)의 가장 자리를 따라 수평 방향으로 띠를 두르도록 형성할 수도 있고, 복수의 평행한 열선을 히팅 배트(150)의 가장 자리를 따라 수직 방향으로 형성할 수도 있다. For example, the heater may be formed in the form of a hot wire, and the position at which the heater is formed can be easily changed in design according to the embodiment. For example, when the heater is formed in the form of a heating wire, a plurality of parallel heating wires are wrapped in a horizontal direction along the edge of the heating bat 150 so that the heating bat 150 can have a uniformly constant temperature. It may be formed, or a plurality of parallel heating wires may be formed in a vertical direction along the edge of the heating bat 150 .

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)는 히팅 배트(150)를 일정한 온도로 가열함으로써 내부에 수용된 레진의 점성을 일정 이하로 떨어뜨려서 레진의 유동성을 높일 수 있는 효과가 있다.Therefore, the 3D printing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention has the effect of increasing the fluidity of the resin by heating the heating bat 150 to a constant temperature by dropping the viscosity of the resin accommodated therein to a certain level or less.

또 다른 실시예에 따르면, 레진의 점성을 낮추기 위해서는 레진 수조(150)를 가열하는 방법이 아닌 Z축 방향으로 왕복 운동하면서 레진에 직접적으로 접촉하는 제작 플랫폼(135) 자체를 가열할 수도 있다. 이때, 제작 플랫폼(135)은 상술한 바와 같이, 히터를 삽입하거나 열선을 삽입함으로써 가열할 수 있다.According to another embodiment, in order to lower the viscosity of the resin, the production platform 135 itself that directly contacts the resin may be heated while reciprocating in the Z-axis direction, rather than by heating the resin tank 150 . In this case, the manufacturing platform 135 may be heated by inserting a heater or inserting a heating wire, as described above.

또 다른 실시예에 따르면, 레진 수조(150)를 가열하는 형태 및 제작 플랫폼을 가열하는 형태의 조합으로 실시될 수도 있다.According to another embodiment, it may be implemented in a combination of the form of heating the resin tank 150 and the form of heating the manufacturing platform.

이하에서는, 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 바텀업 방식으로 동작하는 3D 프린팅 장치의 전체적인 동작 과정을 설명하기로 한다. Hereinafter, an overall operation process of the 3D printing apparatus operating in a bottom-up method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 .

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 바텀업 방식(Bottom-Up) 3D 프린팅 장치의 제어 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart for explaining a control process of a bottom-up 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 3D 프린팅 장치(100)는 리니어 액추에이터(111)에 고정된 재료 경화용 헤더(130)의 움직임을 제어한다(S100). 구체적으로, 3D 프린팅 장치(100)는 네트워크 통신망을 통해 컴퓨팅 장치로부터 제작하려는 구조물에 대한 정보를 수신한 후, 수신한 정보에 기초하여 구조물을 제작한다. 이에 따라, 재료 경화용 헤더(130)는 Z축 방향으로 직선 운동하면서 레진 수조(150) 내에 수용된 고점도 레진을 이용하여 재료 경화용 헤더(130)의 하단에 배치된 제작 플랫폼(135)에 구조물을 층층이 적층한다.Referring to FIG. 6 , the 3D printing apparatus 100 controls the movement of the header 130 for curing the material fixed to the linear actuator 111 ( S100 ). Specifically, the 3D printing apparatus 100 receives information about a structure to be manufactured from a computing device through a network communication network, and then manufactures the structure based on the received information. Accordingly, the material hardening header 130 uses the high-viscosity resin accommodated in the resin tank 150 while linearly moving in the Z-axis direction. layer by layer

이때, 지르코니아(ZrO2)가 함유된 고점도 레진의 점성을 낮추기 위해 히팅 배트(Heating Vat) 또는 제작 플랫폼을 가열한다(S200). 본 발명의 레진은 지르코니아(ZrO2) 때문에 점성이 높기 때문에 레이어를 제작할 때마다 레진의 표면을 평탄화함과 동시에 레진의 표면에 생성된 빈 공간을 채워줌으로써 다음 레이어 적층 시 문제가 없도록 하는 것이 중요하다. At this time, in order to lower the viscosity of the high-viscosity resin containing zirconia (ZrO 2 ), a heating vat or a manufacturing platform is heated (S200). Since the resin of the present invention has high viscosity due to zirconia (ZrO 2 ), it is important to planarize the surface of the resin every time a layer is produced and at the same time fill the empty space created on the surface of the resin so that there is no problem when stacking the next layer. .

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)는 레진 수조(150)를 히팅 가능한 구조로 형성함으로써 레진의 점성을 낮추거나, 제작 플랫폼(135) 자체를 가열함으로써 제작 플랫폼(135)의 온도에 의해 제작 플랫폼(135)이 직접적으로 접촉하는 레진의 온도를 높여 점성을 낮추는 것을 특징으로 한다.Therefore, the 3D printing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention lowers the viscosity of the resin by forming the resin tank 150 in a heatable structure, or by heating the production platform 135 itself, It is characterized in that by increasing the temperature of the resin in direct contact with the production platform 135 by temperature, the viscosity is lowered.

이어서, 레이어가 층층이 적층될 때 제1 광원부(133) 및 제2 광원부(160)의 광을 제어한다(S300). 구체적으로, 레이어가 층층이 적층될 때마다 상부에 위치한 제1 광원부(133)와 하부에 위치한 제2 광원부(160)는 동일한 파장대의 UV를 조사하여 하나의 레이어의 상단부와 하단부를 동시에 경화하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)는 상단부에 광원을 추가로 배치함으로써 경화의 깊이를 대략 2배 이상으로 증가시켜 종래의 DLP 프로젝터의 경화 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)는 기존 고점도 재료를 사용하는 3D 프린팅 장치의 한계를 극복함으로써 제작 플랫폼의 안착률을 증가시키고, 제작 실패율을 최소화함으로써 제품의 완성도를 높일 수 있는 효과가 있다.Then, when the layers are stacked, the light from the first light source unit 133 and the second light source unit 160 is controlled ( S300 ). Specifically, each time the layers are stacked, the first light source unit 133 located at the upper side and the second light source unit 160 located at the lower side are irradiated with UV in the same wavelength band to cure the upper end and lower end of one layer at the same time. do it with Therefore, the 3D printing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention has the effect of overcoming the curing limit of the conventional DLP projector by increasing the depth of curing by approximately two times or more by additionally arranging a light source at the upper end. . Accordingly, the 3D printing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention increases the settling rate of the manufacturing platform by overcoming the limitations of the 3D printing apparatus using the existing high-viscosity material, and by minimizing the manufacturing failure rate, it is possible to increase the completeness of the product. there is an effect

이어서, 고점도 레진의 표면을 평탄화하도록 블레이드(170)의 움직임을 제어한다(S400). 구체적으로, 본 발명의 3D 프린팅 장치(100)는 3중날로 구성된 블레이드(170)의 움직임을 제어하여 레진의 빈 공간을 채우고, 레진 수조의 하단에 위치한 필름을 리코팅하고, 레진의 표면을 리코팅하는 것을 특징으로 한다. 블레이드(170)의 움직임과 관련한 보다 상세한 설명은 도 7 내지 도 9b를 참조하여 후술하기로 한다.Then, the movement of the blade 170 is controlled to flatten the surface of the high-viscosity resin (S400). Specifically, the 3D printing apparatus 100 of the present invention controls the movement of the blade 170 composed of a triple blade to fill the empty space of the resin, coat the film located at the bottom of the resin tank, and remove the surface of the resin. It is characterized by coating. A more detailed description related to the movement of the blade 170 will be described later with reference to FIGS. 7 to 9B .

이하에서는, 도 7 내지 도 9b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 블레이드(170)를 설명하기로 한다.Hereinafter, a blade 170 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 9B .

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 블레이드의 이동에 따른 엣지 블레이드의 움직임을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제품 제작에 따른 블레이드의 이동을 나타낸 예시도이다. 도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 엣지 블레이드의 움직임에 기초한 재료 유입 및 리코팅(recoating) 과정을 설명하기 위한 예시도이다. 도 9b에서는 X축과 Y축의 방향이 도 9a와 상이한 것처럼 도시되었지만 도 9a와 도 9b는 블레이드의 이동 방향이 X축과 평행하되 이동 방향만 상이한 것으로 이해되는 것이 바람직하며, 구성요소는 실질적으로 동일하므로 중복 설명은 생략하기로 한다.7 is a flowchart for explaining the movement of the edge blade according to the movement of the blade according to an embodiment of the present invention. 8 is an exemplary view showing the movement of the blade according to the manufacture of the product according to the embodiment of the present invention. 9A to 9B are exemplary views for explaining a material inflow and recoating process based on the movement of an edge blade according to an embodiment of the present invention. In FIG. 9B, the directions of the X-axis and Y-axis are shown as different from those of FIG. 9A, but in FIGS. 9A and 9B, it is preferable to understand that the movement direction of the blade is parallel to the X-axis, but only the movement direction is different, and the components are substantially the same Therefore, a duplicate description will be omitted.

히팅 배트(150) 또는 히팅 가능한 제작 플랫폼(135)에 의해 일정 온도 이상의 고온을 갖는 레진은 재료의 성질이 변할 수도 있고, 점성이 더 이상 낮아지지 않을 수도 있다. 이에 따라, 레진이 UV 자외선에 의해서 완전히 경화되지 않게 되면 지르코니아 분말이 레진 수조(150)의 하단에 위치한 이형 필름에 접착되어 블러(Blur) 현상을 초래할 수도 있다.The resin having a high temperature above a certain temperature by the heating bat 150 or the heatingable fabrication platform 135 may change the properties of the material, and the viscosity may no longer be lowered. Accordingly, when the resin is not completely cured by UV ultraviolet rays, the zirconia powder may be adhered to the release film located at the bottom of the resin tank 150 to cause a blur.

따라서, 본 발명의 3D 프린팅 장치(100)는 블레이드(170)를 도 9a 내지 도 9b에 도시된 바와 같이 제작하여 이형 필름 및 레진을 리코팅(Recoating)함으로써 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the 3D printing apparatus 100 of the present invention produces the blade 170 as shown in FIGS. 9A to 9B and coats the release film and the resin, thereby solving the above-mentioned conventional problems. there is

도 7을 참조하면, 레이어가 층층이 적층되도록 블레이드(170)가 고정된 가이드 블록(GB)을 일 방향으로 직선 운동 시킨다(S410). 이어서, 블레이드 이동 방향에 기초하여 레진이 가장 먼저 유입되는 쪽에 위치한 제1 엣지 블레이드(이때, 제1 엣지 블레이드는 본 명세서의 제1 엣지 블레이드(172)에 한정되는 것이 아님)를 일정 높이 만큼 상승시킨다(S420). 상승된 엣지 블레이드와 중앙 블레이드 사이의 간격으로 유입된 레진으로 이전 레이어 제작 시 형성된 빈 공간을 채운다(S430). 빈 공간을 채우고 남은 레진은 제1 엣지 블레이드와 반대측에 위치한 제2 엣지 블레이드를 이용하여 이형 필름의 상면을 리코팅한다(S440). 블레이드(170)를 상기 일 방향과 반대되는 방향으로 직선 운동시켜 제자리로 원상복귀 시킨다(S450). 각 단계에 대한 보다 상세한 설명은 도 8 내지 도 9b를 참조하여 설명하기로 한다.Referring to FIG. 7 , the guide block GB to which the blade 170 is fixed is linearly moved in one direction so that the layers are stacked layer by layer ( S410 ). Then, based on the blade movement direction, the first edge blade (in this case, the first edge blade is not limited to the first edge blade 172 of the present specification) located on the side where the resin is first introduced is raised by a certain height. (S420). The empty space formed during the production of the previous layer is filled with the resin introduced into the gap between the raised edge blade and the center blade (S430). The resin remaining after filling the empty space is coated on the upper surface of the release film by using the second edge blade located on the opposite side to the first edge blade (S440). The blade 170 is linearly moved in a direction opposite to the one direction to return it to its original position (S450). A more detailed description of each step will be described with reference to FIGS. 8 to 9B .

도 8을 참조하면, 블레이드(170)는 랙기어(RG)에 고정된 가이드 블럭(GB)의 일영역에 고정되어 레진 수조(150) 내에 형성된 제작 영역의 상면을 따라 좌우 방향으로 왕복 운동하면서 한 층씩 레이어를 적층한다. 하나의 레이어를 적층할 때, 블레이드는 일 방향으로 이동한 후 초기 상태로 돌아오는 것을 기본으로 한다. 다시 말해, 블레이드가 왼쪽에서 출발해서 오른쪽으로 이동한 후 다시 왼쪽으로 돌아오는 것을 한 회로 판단한다.Referring to FIG. 8 , the blade 170 is fixed to one area of the guide block GB fixed to the rack gear RG and reciprocates in the left and right directions along the upper surface of the fabrication area formed in the resin tank 150 . Layer by layer. When stacking one layer, the blade moves in one direction and then returns to its initial state. In other words, the blade starts from the left, moves to the right, and then returns to the left as one round.

도 9a를 참조하면, 블레이드(170)는 전체적으로 'ㄴ'자 형상을 갖는 중앙 블레이드(171), 중앙 블레이드(171)의 양 측에 좌우 대칭된 형상으로 형성된 제1 엣지 블레이드(172) 및 제2 엣지 블레이드(173)로 구성된다. 중앙 블레이드(171)의 엣지부는 중앙부로 갈수록 뾰족해지는 뿔 형상의 날이며, 제1 엣지 블레이드(172)의 엣지부는 왼쪽 가장자리가 뾰족한 직각삼각형 형상의 날이며, 제2 엣지 블레이드(173)의 엣지부는 오른쪽 가장자리가 뾰족한 직각삼각형 형상의 날인 것을 특징으로 한다. 또한, 엣지 블레이드(172, 173)의 경사면은 중앙 블레이드(171)의 경사보다 가파른 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 9A , the blade 170 is a central blade 171 having an overall 'L' shape, a first edge blade 172 and a second formed in a symmetrical shape on both sides of the central blade 171 . It is composed of an edge blade 173 . The edge portion of the central blade 171 is a horn-shaped blade that becomes sharper toward the center portion, the edge portion of the first edge blade 172 is a right-angled triangle-shaped blade with a sharp left edge, and the edge portion of the second edge blade 173 is It is characterized by a right-angled triangle-shaped blade with a sharp right edge. In addition, the inclined surfaces of the edge blades (172, 173) are characterized in that the steeper than the inclination of the central blade (171).

구체적으로, 중앙 블레이드(171)는 Z축과 평행한 방향으로 형성된 제1 영역(171-1)과 제1 영역(171-1)과 수직한 방향으로 형성된 제2 영역(171-2)으로 구분될 수 있다. 중앙 블레이드의 제1 영역(171-1)에는 가이드 블럭(GB)에 블레이드(170)가 고정될 수 있도록 홀(177)이 형성된다. 중앙 블레이드의 제2 영역(171-2)에는 양 쪽에 배치되는 두 개의 엣지 블레이드의 높이가 가변 가능하게 고정될 수 있도록 긴 타원형상의 홀(이하, ”높이 조절홀(175)”이라고도 함)이 3개가 형성된다. 이때, 제1 엣지 블레이드(172)와 제2 엣지 블레이드(173)에는 원형의 홀(176)이 상기 타원형상의 홀(175)의 위치에 대응하도록 형성되고, 서로 대응되는 위치에 형성된 두 개의 홀(175, 176)에는 하나의 나사가 끼워진다. 제1 엣지 블레이드(172)와 제2 엣지 블레이드(173)는 중앙 블레이드(171)에 형성된 타원형상의 홀(175)의 높이만큼 높이가 조절되는 것을 특징으로 한다. 즉, 제1 엣지 블레이드(172)와 제2 엣지 블레이드(173)는 타원형상의 홀(175)의 높이만큼 위아래로 왕복 운동하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the central blade 171 is divided into a first region 171-1 formed in a direction parallel to the Z-axis and a second region 171-2 formed in a direction perpendicular to the first region 171-1. can be A hole 177 is formed in the first region 171-1 of the central blade so that the blade 170 can be fixed to the guide block GB. In the second region 171-2 of the central blade, there are 3 long oval-shaped holes (hereinafter, also referred to as “height adjustment holes 175”) so that the heights of the two edge blades disposed on both sides can be variably fixed. dog is formed At this time, a circular hole 176 is formed in the first edge blade 172 and the second edge blade 173 to correspond to the position of the oval-shaped hole 175, and two holes ( 175, 176) is fitted with one screw. The height of the first edge blade 172 and the second edge blade 173 is adjusted by the height of the oval-shaped hole 175 formed in the central blade 171 . That is, the first edge blade 172 and the second edge blade 173 are characterized by reciprocating up and down by the height of the oval-shaped hole 175 .

또한, 중앙 블레이드의 제2 영역(171-2)에는 블레이드 이동 방향에 따른 재료의 뭉침 현상을 해소함과 동시에 이형 필름에 일정량의 재료(혹은 레진)가 도포될 수 있도록 제2 영역(171-2)의 길이 방향과 나란하게 길게 형성된 타원형상의 홀(이하, “재료 유입홀(174)”이라고도 함)이 형성된다. In addition, in the second region 171-2 of the central blade, the second region 171-2 is provided so that a certain amount of material (or resin) can be applied to the release film while solving the aggregation phenomenon of the material according to the blade movement direction. An oval-shaped hole (hereinafter, also referred to as a “material inlet hole 174”) formed long in parallel with the longitudinal direction of is formed.

이에, 도 9a를 참조하면, 블레이드가 X축과 평행하되 우측으로 이동하는 경우, 블레이드(170)의 이동 방향 재료 유입홀(174)에는 블레이드 이동 방향과 반대되는 방향으로 레진(이하, “재료”라고도 함)이 유입된다. 이렇게 블레이드(170)가 이동할 때, 재료가 가장 먼저 유입되는 쪽에 위치한 엣지 블레이드는 중앙 블레이드(171)에 형성된 높이 조절홀(175)을 통해 상 방향으로 이동하면서 높이가 조절되는 것을 특징으로 한다. 또한, 재료가 가장 먼저 유입되는 쪽과 반대쪽에 위치한 엣지 블레이드의 높이는 변화하지 않지만 반대쪽 엣지 블레이드의 날(이하, “포인트”라고도 함)과 중앙 블레이드의 날은 기본적으로 일정한 높이 차를 갖는 것을 특징으로 한다. 단, 반대쪽 엣지 블레이드의 포인트와 중앙 블레이드의 포인트의 높이 차는 재료가 가장 먼저 유입되는 쪽에 위치한 엣지 블레이드의 포인트와 중앙 블레이드의 높이 차 보다 현저히 작은 것을 특징으로 한다.Accordingly, referring to FIG. 9A , when the blade is parallel to the X-axis and moves to the right, there is a resin (hereinafter, “material”) in the movement direction material inlet hole 174 of the blade 170 in the direction opposite to the blade movement direction. also called) is introduced. When the blade 170 moves in this way, the edge blade located on the side where the material is first introduced is characterized in that the height is adjusted while moving upward through the height adjustment hole 175 formed in the central blade 171 . In addition, the height of the edge blade located opposite to the side where the material is first introduced does not change, but the blade of the opposite edge blade (hereinafter referred to as “point”) and the blade of the center blade have a basically constant height difference. do. However, the difference in height between the point of the opposite edge blade and the point of the central blade is characterized in that it is significantly smaller than the height difference between the point of the edge blade located on the side where the material is first introduced and the central blade.

보다 상세하게, 도 9a를 참조하면, 블레이드 이동 방향에 따라 재료가 가장 먼저 유입되는 쪽에 위치한 제2 엣지 블레이드(173)는 위쪽으로 이동하게 되고, 이형 필름과 제2 엣지 블레이드(173) 사이의 간격으로 레진이 유입되어 재료 유입홀(174)로 들어가게 된다. 재료 유입홀(174)을 통해 유입된 레진은 제1 엣지 블레이드(172)의 경사면을 따라 아래 방향으로 이동함과 동시에 이전 레이어 제작에 따라 레진의 표면에 형성된 빈 공간을 채우고, 빈 공간을 채우고 남은 레진은 제1 엣지 블레이드(171)를 이용하여 일정한 높이로 이형 필름 상에 리코팅하는 것을 특징으로 한다. In more detail, referring to FIG. 9A , the second edge blade 173 located on the side where the material is first introduced according to the blade movement direction moves upward, and the gap between the release film and the second edge blade 173 . The resin is introduced to enter the material inlet hole (174). The resin introduced through the material inlet hole 174 moves downward along the inclined surface of the first edge blade 172 and at the same time fills the empty space formed on the surface of the resin according to the previous layer production, and fills the empty space The resin is characterized in that it is coated on the release film at a constant height using the first edge blade 171 .

도 9b는 도 9a와 블레이드 이동 방향이 반대인 것만 상이하다. 다시 말해, 블레이드 이동 방향에 따라 재료가 가장 먼저 유입되는 쪽에 위치한 제1 엣지 블레이드(172)는 위쪽으로 이동하게 되고, 이형 필름과 제1 엣지 블레이드(172) 사이의 간격으로 레진이 유입되어 재료 유입홀(174)로 들어가게 된다. 재료 유입홀(174)을 통해 유입된 레진은 제2 엣지 블레이드(172)의 경사면을 따라 아래 방향으로 이동함과 동시에 이전 레이어 제작에 따라 레진의 표면에 형성된 빈 공간을 채우고, 빈 공간을 채우고 남은 레진은 제2 엣지 블레이드(171)를 이용하여 일정한 높이로 이형 필름 상에 리코팅하는 것을 특징으로 한다.FIG. 9B differs from FIG. 9A only in that the blade movement direction is opposite. In other words, according to the blade movement direction, the first edge blade 172 located on the side where the material is introduced first moves upward, and the resin flows into the gap between the release film and the first edge blade 172 to introduce the material. It enters the hall 174. The resin introduced through the material inlet hole 174 moves downward along the inclined surface of the second edge blade 172 and at the same time fills the empty space formed on the surface of the resin according to the previous layer production, and fills the empty space The resin is characterized in that it is coated on the release film at a constant height using the second edge blade 171 .

이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치(100)는 고점도 재료에 동일한 파장대의 광을 조사하는 두 개의 광원을 이용하여 경화의 깊이를 깊게 함으로써 재료 플랫폼에 대한 제작 실패율을 최소화할 수 있는 효과가 있다.As such, the bottom-up 3D printing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention uses two light sources that irradiate light in the same wavelength band to a high-viscosity material to deepen the curing depth, thereby minimizing the manufacturing failure rate for the material platform. There is an effect that can be done.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치(100)는 고점도 레진을 일정 온도 이상을 유지할 수 있도록 레진 수조 또는 제작 플랫폼 자체를 가열함으로써 재료의 유동성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the bottom-up 3D printing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention has the effect of improving the fluidity of the material by heating the resin tank or the production platform itself so that the high-viscosity resin can be maintained at a certain temperature or higher. .

또한, 본 발명의 실시예에 따른 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치(100)는 재료 유입홀을 구비한 3중날 형태의 블레이드를 사용함으로써 고점도 레진의 표면을 평탄화함과 동시에 리코팅(Recoating)하여 블러(Blur) 현상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the bottom-up 3D printing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention uses a triple-edged blade having a material inlet hole to planarize the surface of the high-viscosity resin and simultaneously recoat and blur it. It has the effect of minimizing the (blur) phenomenon.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치(100)는 제작 실패율을 최소화함에 따라 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, the bottom-up 3D printing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention can improve the reliability of the product by minimizing the manufacturing failure rate.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탑다운 방식의 3D 프린팅 장치를 나타낸 단면도이다. 도 11은 본 발명의 비교예에 따른 탑다운 방식의 3D 프린팅 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 예시도이다. 도 12는 본 발명의 비교예에 따른 탑다운 방식 3D 프린팅 장치의 문제점을 설명하기 위한 예시도이다. 도 10에 도시된 3D 프린팅 장치(1000)는 도 1에 도시된 3D 프린팅 장치(100)와 레이어 적층 방식이 상이하지만 일부 구성은 중복되기 때문에 중복 설명은 생략하기로 한다.10 is a cross-sectional view showing a top-down 3D printing apparatus according to another embodiment of the present invention. 11 is an exemplary view for explaining an operation process of a top-down type 3D printing apparatus according to a comparative example of the present invention. 12 is an exemplary view for explaining a problem of a top-down method 3D printing apparatus according to a comparative example of the present invention. The 3D printing apparatus 1000 illustrated in FIG. 10 is different from the 3D printing apparatus 100 illustrated in FIG. 1 in a layer stacking method, but overlapping descriptions will be omitted because some configurations are overlapped.

도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탑다운 방식의 3D 프린팅 장치(1000)는 서보 모터(1201), 리니어 액추에이터(1202), 블록(1203), 고점도 레진을 수용하는 레진 수조(1210), 상면에 구조물이 층층이 적층되는 제작 플랫폼(1220), 매 층 적층 시 레진의 표면을 평탄화 및 리코팅해주는 블레이드(1230), 상기 레진 수조(1210)에 액상의 광경화 수지를 반복적으로 공급 및 회수하는 펌프(1260) 및 상기 제작 플랫폼(1220)의 상단에서 재료 경화를 위한 광을 조사하는 광원부(1270)를 포함한다.10, the top-down 3D printing apparatus 1000 according to another embodiment of the present invention is a servo motor 1201, a linear actuator 1202, a block 1203, a resin tank accommodating a high viscosity resin ( 1210), a production platform 1220 in which the structure is stacked layer by layer on the upper surface, a blade 1230 for flattening and coating the surface of the resin when each layer is stacked, and a liquid photocurable resin repeatedly supplied to the resin tank 1210 and a light source unit 1270 irradiating light for material curing at the upper end of the pump 1260 and the manufacturing platform 1220 to recover.

제작 플랫폼(1220)은 광원부(1270)로부터 조사되는 UV 레이저(이하, “레이저 빔”이라고도 함)에 의해 제작 플랫폼(1220)의 상면에 액상의 광경화 수지가 광중합반응에 의해 경화된 고체의 재료를 층층이 적층한다. 이때, 탑다운(Top-Down) 방식의 경우에는 구조물이 제작되며 소비되는 재료의 높이가 일정하게 유지되어야 하기 때문에, 일반적으로 탑다운(Top-Down) 방식의 3D 프린팅 장치는 도 11에 도시된 바와 같이, 매 층 적층 시 레이저센서(920)를 이용하여 적층할 레이어(혹은 재료)의 높이를 측정하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 측정된 재료의 높이에 따라 광원부(910, 예컨대, DLP 또는 LCD)의 초점거리를 유지하기 위해 리코터(Recoater, 940)가 재료를 채우거나, 광원부(910)를 Z축 방향으로 움직이는 등 3D 프린팅 장비마다 특색있는 동작을 수행하는 것을 기본으로 한다.The fabrication platform 1220 is a solid material in which a liquid photocurable resin is cured by photopolymerization on the upper surface of the fabrication platform 1220 by a UV laser (hereinafter, also referred to as a “laser beam”) irradiated from the light source unit 1270 . are stacked layer by layer. At this time, in the case of the Top-Down method, since the structure is manufactured and the height of the consumed material must be kept constant, in general, the 3D printing apparatus of the Top-Down method is shown in FIG. As described above, it is characterized in that the height of the layer (or material) to be stacked is measured using the laser sensor 920 when each layer is stacked. Here, in order to maintain the focal length of the light source unit 910 (eg, DLP or LCD) according to the measured height of the material, the recoater 940 fills the material, or moves the light source unit 910 in the Z-axis direction, etc. It is based on performing a unique operation for each 3D printing equipment.

그러나, 탑다운 방식의 3D 프린팅 장치 중에서 지르코니아가 함유된 재료를 사용하는 장치의 경우에는 지르코니아의 높은 점성으로 인해 상술한 방법(즉, 레이저센서로 측정하는 방법)으로 재료의 높이를 정확하게 측정하는 것에 한계가 있었다.However, in the case of a device using a material containing zirconia among top-down 3D printing devices, it is difficult to accurately measure the height of the material by the above-described method (that is, a method of measuring with a laser sensor) due to the high viscosity of zirconia. There were limits.

또한, 일반적으로 제작 플랫폼(930) 상에서 구조물이 제작되는 영역에 레이저센서(920)를 설치하는 것이 어렵기 때문에 도 12에 도시된 바와 같이, 재료의 표면을 평탄화하고 코팅하는 리코터(910)의 가장자리에 레이저센서(920)가 설치된다. 그러나, 지르코니아를 함유한 레진의 경우에는 재료의 높은 점성으로 인해 측정 오류가 발생하여 재료의 높이가 달라질 수 있다. 또한, 제작 플랫폼(930)과 레진 수조(950)의 움직임 또한 재료의 높은 점성으로 인해 유동성이 없어 다음 레이어 제작을 위한 새로운 레이어의 형성이 어렵다는 문제가 있다. 즉, 재료의 점도가 높아 이전 레이어 형성 이후 다음 레이어 형성을 위한 영역에 재료가 채워지지 않아 빈 공간이 발생할 수 있다. 또한, 재료의 높은 점도로 인해 다음 레이어 제작을 위해 제작 플랫폼 상승 시 표면이 일정하지 않고 볼록하게 굴곡질 수 있는 문제점이 있다.In addition, since it is generally difficult to install the laser sensor 920 in the area where the structure is manufactured on the manufacturing platform 930, as shown in FIG. A laser sensor 920 is installed on the edge. However, in the case of a resin containing zirconia, a measurement error may occur due to the high viscosity of the material, and the height of the material may vary. In addition, there is a problem in that the movement of the manufacturing platform 930 and the resin tank 950 also has no fluidity due to the high viscosity of the material, so that it is difficult to form a new layer for manufacturing the next layer. That is, since the viscosity of the material is high, the material is not filled in the region for forming the next layer after the previous layer is formed, and thus an empty space may be generated. In addition, due to the high viscosity of the material, there is a problem in that the surface may be curved convexly rather than uniformly when the production platform is raised to manufacture the next layer.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 DLP초점 표면을 설명하기 위한 확대 사시도이다. 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레진 수조를 나타낸 사시도이다. 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 DLP 초점거리에 따른 블레이드 이동 및 재료 공급 과정을 설명하기 위한 예시도이다.13 is an enlarged perspective view for explaining a DLP focus surface according to an embodiment of the present invention. 14 is a perspective view showing a resin tank according to another embodiment of the present invention. 15 is an exemplary diagram for explaining the blade movement and material supply process according to the DLP focal length according to another embodiment of the present invention.

이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치(1000)는 도 13에 도시된 바와 같이, 가장자리에 설치되는 레이저센서를 생략하고 블레이드(1230)를 이용하여 DLP 초점거리를 고정하는 것을 특징으로 한다. 여기서, DLP 초점거리는 레진 수조(1210) 내에 형성된 메인 수조(1241)와 메인 수조(1241)의 양 쪽에 위치한 서브 수조(1240) 사이에 위치한 벽체의 상단면과 평행하게 소정 간격 이격된 블레이드(1230)에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 블레이드(1230)에 의해 형성된 DLP 초점 표면(1250)은 메인 수조(1241)와 서브 수조(1240) 사이에 위치한 벽체의 상단면인 것을 특징으로 한다.Accordingly, in the bottom-up 3D printing apparatus 1000 according to another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 13 , the laser sensor installed at the edge is omitted and the DLP focal length is set using the blade 1230 . It is characterized in that it is fixed. Here, the DLP focal length is parallel to the upper surface of the wall located between the main water tank 1241 formed in the resin tank 1210 and the sub tank 1240 located on both sides of the main water tank 1230 blades 1230 spaced apart from each other. characterized in that it is formed by That is, the DLP focal surface 1250 formed by the blade 1230 is characterized as the top surface of the wall located between the main tank 1241 and the sub tank 1240.

도 14를 참조하면, 레진 수조(1210)는 각 서브 수조(1240)의 일 측면에 재료 공급 및 재료 회수를 위해 펌프(1260)와 연결되는 연결관이 장착되는 홀(H)을 포함한다. 이에 따라, 메인 수조(1240)의 양쪽에 형성된 서브 수조(1241) 중에서 어느 하나는 재료를 회수하고, 다른 하나는 재료를 공급하는 공간으로서의 역할을 수행할 수 있으며, 각각의 역할은 바뀔 수도 있다.Referring to FIG. 14 , the resin tank 1210 includes a hole H on one side of each sub tank 1240 in which a connection pipe connected to the pump 1260 for material supply and material recovery is mounted. Accordingly, one of the sub-tanks 1241 formed on both sides of the main water tank 1240 may serve as a space for recovering materials and the other for supplying materials, and each role may be changed.

도 15를 참조하면, 먼저 ①을 참조하면, 첫 번째 레이어(1st layer) 제작 시 메인 수조(1240) 양 옆에 배치된 서브 수조(1241) 중 일 측에 위치한 제2 서브 수조(1241-2)로부터 재료를 회수하여 타 측에 위치한 제1 서브 수조(1241-1)로 재료를 공급한다. 이때, 제2 서브 수조(1241-2)로부터 제1 서브 수조(1241-1)로 제공되는 재료의 양은 제1 서브 수조(1241-1)의 전체 부피 보다 많은 것을 특징으로 한다. 다시 말해, 재료가 제1 서브 수조(1241-1)를 넘칠 때까지 재료를 공급하되, 최소한 하나의 레이어를 제작할 수 있을 정도의 양 이상인 것을 특징으로 한다. 15, first referring to ①, the second sub tank 1241-2 located on one side of the sub tank 1241 disposed on both sides of the main tank 1240 when the first layer (1 st layer) is manufactured. ) to recover the material and supply the material to the first sub water tank 1241-1 located on the other side. In this case, the amount of material provided from the second sub-tank 1241-2 to the first sub-tank 1241-1 is greater than the total volume of the first sub-tank 1241-1. In other words, the material is supplied until the material overflows the first sub tank 1241-1, but it is characterized in that it is more than an amount sufficient to manufacture at least one layer.

이에 따라, 레이어를 제작하고 나서 재료가 남은 경우에는 광원부(1270)에 의해 측정된 DLP 초점거리와 동일한 표면으로 블레이드(1230)를 움직이면서 잔여 재료를 재료를 공급받았던 서브 수조와 반대쪽에 위치한 서브 수조로 이동시킨다. 즉, ②에 도시된 바와 같이, 제1 레이어를 제작한 후 일정 높이만큼 남은 잔여 재료를 제2 서브 수조(1241-2)로 버림으로써 제2 서브 수조(1241-2) 내에는 재료의 양이 증가하게 된다.Accordingly, when the material remains after the layer is manufactured, the blade 1230 is moved to the same surface as the DLP focal length measured by the light source unit 1270 and the remaining material is transferred to the sub tank located opposite to the sub tank from which the material was supplied. move it That is, as shown in ②, the amount of material in the second sub-tank 1241-2 is increased by discarding the remaining material remaining by a certain height after the first layer is produced into the second sub-tank 1241-2. will increase

마찬가지로, 상기 ①에서 ②로의 과정을 통해 블레이드가 우측으로 이동한 후, 상술한 과정을 반복한다. 예컨대, ③에 도시된 바와 같이, 제1 서브 수조(1241-1)로부터 재료를 회수하여 타 측에 위치한 제2 서브 수조(1241-2)로 재료를 공급한다. 이때, 제1 서브 수조(1241-1)로부터 제2 서브 수조(1241-2)로 제공되는 재료의 양은 제2 서브 수조(1241-2)의 전체 부피 보다 많은 것을 특징으로 한다. 다시 말해, 재료가 제2 서브 수조(1241-2)를 넘칠 때까지 재료를 공급하되, 최소한 하나의 레이어를 제작할 수 있을 정도의 양 이상인 것을 특징으로 한다. 이에, ④에 도시된 바와 같이, 두번째 레이어(2nd layer)를 제작한 후 일정 높이만큼 남은 잔여 재료를 제1 서브 수조(1241-1)로 버림으로써 제1 서브 수조(1241-1) 내에는 재료의 양이 증가하게 된다.Similarly, after the blade moves to the right through the process from ① to ②, the above-described process is repeated. For example, as shown in ③, the material is recovered from the first sub water tank 1241-1 and the material is supplied to the second sub water tank 1241-2 located on the other side. At this time, the amount of the material provided from the first sub-tank 1241-1 to the second sub-tank 1241-2 is characterized in that it is greater than the total volume of the second sub-tank 1241-2. In other words, the material is supplied until the material overflows the second sub-tank 1241-2, but it is characterized in that the amount is greater than enough to produce at least one layer. Thus, as shown in ④, after making the second layer (2 nd layer) by cutting the remaining residual material at a predetermined height in the first sub-tank (1241-1) is in the first sub-tank (1241-1) The amount of material increases.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(1000)는 레이저 센서를 사용하지 않고, DLP의 초점거리를 고정함으로써 측정 오류를 최소화할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the 3D printing apparatus 1000 according to another embodiment of the present invention has an effect of minimizing a measurement error by fixing the focal length of the DLP without using a laser sensor.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(1000)는 블레이드의 움직임을 통해 DLP 초점거리를 일정하게 유지함으로써 고점도 레진을 사용하는 장치가 다음 레이어 제작 시 고점도로 인한 방해 요인을 감소시킴으로써 제품의 완성도를 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, the 3D printing apparatus 1000 according to another embodiment of the present invention maintains the DLP focal length constant through the movement of the blade, thereby reducing the interference factor due to the high viscosity when the device using the high-viscosity resin makes the next layer. It has the effect of increasing the completeness of

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(1000)는 DLP 초점거리를 일정하게 유지함에 따라 재료의 높이가 높더라도 제작 플랫폼을 깊이 하강할 필요가 없기 때문에 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.In addition, as the 3D printing apparatus 1000 according to another embodiment of the present invention maintains the DLP focal length constant, even if the height of the material is high, there is no need to descend the manufacturing platform deeply, so it is possible to shorten the time. have.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in more detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and various modifications may be made within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. . Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (8)

리니어 액추에이터에 의해 Z축 방향으로 직선 운동하는 재료 경화용 헤더; 및 상기 재료 경화용 헤더의 하단에 배치되어 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 고점도의 재료를 수용하는 히팅 배트(Heating Vat); 및 상기 히팅 배트의 상부와 하부에서 재료 경화를 위한 자외선 광을 조사하는 광원부를 포함하는 3D 프린팅 장치에 있어서,
상기 히팅 배트는,
4개의 측면부를 포함하며 각각의 측면부에는 상기 고점도의 재료의 점성을 낮추기 위해 상기 재료를 일정 온도 이상으로 가열하는 히팅 가능한 부재가 삽입되는 바디부; 및
상기 바디부의 하부에 배치되어 상기 자외선 광이 통과하는 투명 부재인 이형 필름을 고정하는 필름 고정부를 포함하는, 고점도 재료를 컨트롤하도록 히팅 배트를 구비한 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치.
a header for material hardening that linearly moves in the Z-axis direction by a linear actuator; And it is disposed at the bottom of the header for curing the material zirconia (ZrO 2 ) A heating bat for accommodating a high-viscosity material including; And in the 3D printing device comprising a light source for irradiating ultraviolet light for curing the material in the upper and lower portions of the heating bat,
The heating bat is
a body portion including four side portions, wherein a heatable member for heating the material to a certain temperature or higher to lower the viscosity of the high-viscosity material is inserted into each side portion; and
A bottom-up 3D printing device having a heating bat to control a high-viscosity material, which is disposed under the body part and includes a film fixing part for fixing a release film, which is a transparent member through which the ultraviolet light passes.
제1항에 있어서,
상기 히팅 가능한 부재는 상기 측면부의 높이와 대응하는 길이로 형성되며 긴 원통형의 형상을 갖는, 고점도 재료를 컨트롤하도록 히팅 배트를 구비한 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치.
According to claim 1,
The heatable member is formed with a length corresponding to the height of the side portion and has a long cylindrical shape, a bottom-up 3D printing device having a heating bat to control a high-viscosity material.
제1항에 있어서,
상기 히팅 가능한 부재는 상기 히팅 배트의 가장자리를 따라 상기 히팅 배트에 띠를 두른 형태로 배치되는 열선의 형상을 갖고, 상기 열선은 일정 간격 이격되어 평행하게 배치되는, 고점도 재료를 컨트롤하도록 히팅 배트를 구비한 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치.
According to claim 1,
The heatable member has a shape of a heating wire disposed in a band wrapped around the heating bat along the edge of the heating bat, and the heating wire is spaced apart from each other and disposed in parallel to control a high-viscosity material having a heating bat One bottom-up 3D printing device.
제1항에 있어서,
상기 바디부의 하단면은 중앙부에 홀이 형성되며, 상기 이형 필름은 상기 홀을 통해 광이 투과되는, 고점도 재료를 컨트롤하도록 히팅 배트를 구비한 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치.
According to claim 1,
A bottom-up type 3D printing apparatus having a heating bat to control a high-viscosity material, wherein a hole is formed in the center of the lower surface of the body, and the release film transmits light through the hole.
제1항에 있어서,
상기 광원부는 상기 재료 경화용 헤더의 하단에 배치된 제작 플랫폼의 하부에 배치되어 상 방향으로 광을 조사하는 제1 광원부; 및 상기 제작 플랫폼의 상부에 배치되어 하 방향으로 광을 조사하는 제2 광원부;를 포함하되, 상기 제1 광원부와 상기 제2 광원부는 상기 제작 플랫폼에 적층되는 하나의 레이어에 광을 동시에 조사하는, 고점도 재료를 컨트롤하도록 히팅 배트를 구비한 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치.
According to claim 1,
The light source unit includes: a first light source unit disposed under the fabrication platform disposed at the lower end of the material curing header to irradiate light in an upward direction; and a second light source unit disposed on top of the manufacturing platform to irradiate light in a downward direction, wherein the first light source unit and the second light source unit simultaneously irradiate light to one layer stacked on the manufacturing platform, A bottom-up 3D printing device equipped with a heating bat to control high-viscosity materials.
제5항에 있어서,
상기 제1 광원부는 DLP 프로젝터이고, 상기 제2 광원부는 LED인, 고점도 재료를 컨트롤하도록 히팅 배트를 구비한 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치.
6. The method of claim 5,
The first light source unit is a DLP projector, and the second light source unit is an LED, a bottom-up 3D printing device having a heating bat to control a high-viscosity material.
제5항에 있어서,
상기 히팅 배트는 상기 제1 광원부 및 상기 제2 광원부 사이에 배치되는, 고점도 재료를 컨트롤하도록 히팅 배트를 구비한 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치.
6. The method of claim 5,
The heating bat is disposed between the first light source unit and the second light source unit, a bottom-up 3D printing device having a heating bat to control a high-viscosity material.
네트워크 통신망을 통해 컴퓨팅 장치로부터 제작하고자 하는 구조물에 대한 정보를 수신하는 단계;
상기 구조물에 대한 정보에 기초하여 리니어 액추에이터에 고정된 재료 경화용 헤더의 움직임을 제어하는 단계; 및
상기 재료 경화용 헤더의 움직임에 기초하여 레이어를 층층이 적층 시 상기 재료 경화용 헤더의 하단에 배치되어 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 고점도 재료를 수용하는 히팅 배트(Heating Vat)를 가열하는 단계;를 포함하며,
상기 히팅 배트의 측면부에는 상기 고점도의 재료의 점성을 낮추기 위해 상기 고점도 재료를 일정 온도 이상으로 가열하는 히팅 가능한 부재가 삽입되는, 고점도 재료를 컨트롤하도록 히팅 배트를 구비한 바텀업 방식의 3D 프린팅 장치의 제어 방법.
Receiving information on a structure to be manufactured from a computing device through a network communication network;
controlling the movement of a header for material curing fixed to the linear actuator based on the information on the structure; and
When the layers are laminated layer by layer based on the movement of the header for curing the material, it is disposed at the bottom of the header for curing the material and accommodating a high-viscosity material containing zirconia (ZrO 2 ) Heating a heating vat (Heating Vat); includes,
A bottom-up type 3D printing device having a heating bat to control the high-viscosity material, in which a heatable member for heating the high-viscosity material to a certain temperature or more is inserted into the side portion of the heating bat to lower the viscosity of the high-viscosity material control method.
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