KR20220072531A - 3d printer and method for 3d printing using thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3D 프린터 및 이를 이용한 3D 프린팅 방법에 관한 것으로, 상기 3D 프린터는 일면에 조형물이 형성되는 빌드 플랫폼(build platform); 상기 빌드 플랫폼을 상하로 승강시키는 승강 제어부; 상기 빌드 플랫폼의 하부에 구비되어 상기 조형물의 형성에 필요한 광경화성 수지(Photopolymer)를 수용하고, 바닥면은 개구부가 형성되고 상기 개구부를 덮도록 상기 바닥면에 신축성의 막형 신축부재가 구비되는 수지 탱크(resin tank); 상기 수지 탱크의 하부에 구비되고 아래로부터 조사되는 광(光)을 투과시켜 상기 조형물 형성시에 상기 막형 신축부재와 접촉하면서 상기 막형 신축부재를 상승시키는 투명부재; 상기 투명부재에 연결되어 상기 투명부재를 승강시키는 승강부재; 및 상기 투명부재의 하부에 구비되어 상기 수지 탱크에 광(光)을 조사하는 광원부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a 3D printer and a 3D printing method using the same, the 3D printer comprising: a build platform on which a sculpture is formed on one surface; an elevating control unit for elevating the build platform up and down; A resin tank provided under the build platform to accommodate a photopolymer required for the formation of the sculpture, an opening is formed on the bottom surface, and a flexible film-type elastic member is provided on the bottom surface to cover the opening (resin tank); a transparent member provided in the lower part of the resin tank and transmitting light irradiated from below to raise the membrane-type elastic member while in contact with the membrane-type elastic member when forming the sculpture; a lifting member connected to the transparent member to elevate the transparent member; and a light source provided under the transparent member to irradiate light to the resin tank.
Description
본 발명은 3D 프린터 및 이를 이용한 3D 프린팅 방법에 관한 것으로, 수지 탱크의 바닥에 막형 신축부재를 사용하는 3D 프린터 및 이를 이용한 3D 프린팅 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D printer and a 3D printing method using the same, and to a 3D printer using a membrane-type elastic member at the bottom of a resin tank and a 3D printing method using the same.
일반적으로, 액체방식의 3D 프린터를 이용하는 경우에는 광경화성 수지(Photopolymer)가 주로 사용되는데, 빌드 플랫폼(build platform)의 일면에 조형물이 형성되면 빌드 플랫폼을 위로 올림으로써 광경화성 수지로부터 분리시킨다. 이러한 분리 과정은 응고된 조형물과 액상의 광경화성 수지 사이에서 발생되는 모세관 현상에 의해 조형물을 광경화성 수지로부터 분리시키는 데에는 일정 이상의 힘이 필요하다.In general, when using a liquid 3D printer, a photopolymer is mainly used, and when a sculpture is formed on one surface of a build platform, the build platform is lifted up to separate it from the photocurable resin. This separation process requires more than a certain amount of force to separate the molded object from the photocurable resin due to the capillary phenomenon occurring between the solidified object and the liquid photocurable resin.
도 9는 종래의 수지 탱크(10)에서 필름(40)을 사용하는 경우의 박리를 설명하기 위한 도면이다. 종래에는 수지(60)를 이용하여 빌드 플랫폼(20)의 하부에 조형물(50)이 형성되는 동안 수지 탱크(10)의 하부는 투명한 유리소재(30)가 구비되고, 내부 바닥에 필름(40)(film)이 부착되어 있는 형태의 3D 프린터를 사용하였었다. 이와 같이 필름을 사용하는 경우 지속적인 사용으로 인하여 필름(40)이 늘어지는 경우가 발생하였다. 이러한 경우에는 광의 원치 않는 불균일한 산란으로 인하여 원하는 품질의 조형물을 얻을 수가 없는 문제가 있었다. 이는 유리부재(30)가 수지 탱크(10)의 바닥면을 형성하도록 고정되어 있음으로 인해 발생하는 문제이다.9 is a view for explaining peeling in the case of using the
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 막형 신축부재를 승강시키는 구조의 3D 프린터 및 이를 이용한 3D 프린팅 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to solve the above and other problems. Another object of the present invention is to provide a 3D printer having a structure for elevating a membrane-type elastic member and a 3D printing method using the same.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 일면에 조형물이 형성되는 빌드 플랫폼(build platform); 상기 빌드 플랫폼을 상하로 승강시키는 승강 제어부; 상기 빌드 플랫폼의 하부에 구비되어 상기 조형물의 형성에 필요한 광경화성 수지(Photopolymer)를 수용하고, 바닥면은 개구부가 형성되고 상기 개구부를 덮도록 상기 바닥면에 막형 신축부재가 구비되는 수지 탱크(resin tank); 상기 수지 탱크의 하부에 구비되고 아래로부터 조사되는 광(光)을 투과시켜 상기 조형물 형성시에 상기 막형 신축부재와 접촉하면서 상기 막형 신축부재를 상승시키는 투명부재; 상기 투명부재에 연결되어 상기 투명부재를 승강시키는 승강부재; 및 상기 투명부재의 하부에 구비되어 상기 수지 탱크에 광(光)을 조사하는 광원부를 포함하는 3D 프린터가 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention in order to achieve the above or other objects, a build platform on which a sculpture is formed on one surface (build platform); an elevating control unit for elevating the build platform up and down; A resin tank (resin) provided under the build platform to accommodate a photopolymer required for the formation of the sculpture, an opening is formed on the bottom surface, and a film-type elastic member is provided on the bottom surface to cover the opening tank); a transparent member provided in the lower part of the resin tank and transmitting light irradiated from below to raise the membrane-type elastic member while in contact with the membrane-type elastic member when forming the sculpture; a lifting member connected to the transparent member to elevate the transparent member; and a light source provided under the transparent member for irradiating light to the resin tank may be provided.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수지 탱크의 내벽에는 위에서 아래로 경사지도록 형성되는 다수의 돌출부가 일정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, it is characterized in that a plurality of protrusions formed to be inclined from top to bottom are formed at regular intervals on the inner wall of the resin tank.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 투명부재는 상기 개구부에 대응되는 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the transparent member is characterized in that it has a size corresponding to the opening.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 투명부재의 하부에는 렌즈(lens)가 형성되어 상기 투명부재를 향해 입사되는 광을 평행광으로 변환시키는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, a lens (lens) is formed under the transparent member to convert the light incident toward the transparent member into parallel light.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 수지 탱크의 일측에는 상기 수지 탱크를 회전시키는 회전부재가 구비되는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, a rotating member for rotating the resin tank is provided on one side of the resin tank.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 수지 탱크가 홀더(holder)에 구비되는 경우에는 상기 회전부재가 상기 홀더에 체결될 수 있다.According to an aspect of the present invention, when the resin tank is provided in a holder, the rotating member may be fastened to the holder.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 조형물을 형성하지 않는 동안에는 상기 투명부재는 상기 수지 탱크의 바닥면을 형성할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the transparent member may form the bottom surface of the resin tank while the sculpture is not formed.
본 발명의 일 측면에 따르면, 빌드 플랫폼(build platform)의 하부에 구비되는 수지 탱크(resin tank)의 바닥면에 개구부가 형성되고, 상기 바닥면에는 상기 개구부를 덮는 막형 신축부재가 형성되며, 상기 수지 탱크의 하부에 구비되는 투명부재에 의해 상기 막형 신축부재를 승강하게 되며, 상기 투명부재는 승강부재에 의해 승강하게 되는 광경화성 수지(Photopolymer)를 이용하는 3D 프린터에 의한 3D 프린팅 방법에 있어서, (a) 상기 승강부재에 의해 상기 투명부재가 상기 수지 탱크의 바닥면 아래에 위치한 상태에서 상기 개구부를 관통하여 상기 바닥면 위로 상승하여 상기 막형 신축부재를 상승시키는 단계; (b) 상기 빌드 플랫폼과 상기 막형 신축부재 사이의 간격이 기설정된 간격으로 이격되도록 상기 빌드 플랫폼를 적층 위치에 정렬시키는 단계; (c) 상기 빌드 플랫폼(build platform)의 일면에 조형물을 적층 형성하는 단계; 및 (d) 상기 승강부재에 의해 상기 투명부재가 하강하여 상기 막형 신축부재가 상기 조형물로부터 박리되는 단계를 포함하고, 상기 (a) 내지 (d) 단계를 반복하는 3D 프린팅 방법이 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, an opening is formed on a bottom surface of a resin tank provided under a build platform, and a membrane-type elastic member covering the opening is formed on the bottom surface, and the In a 3D printing method by a 3D printer using a photopolymer (Photopolymer), the film-type elastic member is raised and lowered by a transparent member provided at the bottom of the resin tank, and the transparent member is raised/lowered by the lifting member, ( a) elevating the membrane-type elastic member by passing through the opening in a state in which the transparent member is positioned below the bottom surface of the resin tank by the lifting member and rising above the bottom surface; (b) aligning the build platform in a stacking position such that a gap between the build platform and the membrane-type elastic member is spaced apart by a predetermined distance; (c) laminating a sculpture on one surface of the build platform; and (d) the transparent member is lowered by the elevating member so that the membranous elastic member is peeled from the sculpture, and a 3D printing method repeating the steps (a) to (d) can be provided. .
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 (d) 단계 후, 하강했던 상기 투명부재가 위로 상승하기 전에 상기 수지 탱크를 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, after step (d), the method may further include rotating the resin tank before the descending transparent member ascends upward.
본 발명에 따른 3D 프린터 및 이를 이용한 3D 프린팅 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the 3D printer and the 3D printing method using the same according to the present invention will be described as follows.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 막형의 신축가능한 부재를 승강시킴으로써 조형물 형성시에 광(光)이 균일하게 조사될 수 있는 장점이 있다. According to at least one of the embodiments of the present invention, there is an advantage that light (light) can be uniformly irradiated during the formation of a sculpture by elevating the film-type stretchable member.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 조형물을 막형 신축부재로부터 박리시에는 막형 신축부재를 하강시킴으로써 쉽게 조형물의 박리가 가능한 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, there is an advantage in that the object can be easily peeled off by lowering the film-type elastic member when the object is peeled from the film-type elastic member.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 렌즈를 형성함으로써 입사광을 평행하게 변환시킬 수 있는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, there is an advantage in that incident light can be converted in parallel by forming a lens.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 수지 탱크의 바닥에 막형 신축부재를 사용하고, 막형 신축부재만을 교체함으로써 수지 탱크 전체를 교체하지 않게 되어 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, there is an advantage that costs can be reduced by not replacing the entire resin tank by using a membrane-type elastic member at the bottom of the resin tank and replacing only the membrane-type elastic member.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. However, it should be understood that the detailed description and specific embodiments such as the preferred embodiments of the present invention are given by way of illustration only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention may be clearly understood by those skilled in the art.
도 1은 본 발명과 관련된 3D 프린터의 개략도이다.
도 2a 및 도 2 b는 본 발명과 관련된 3D 프린터의 사용상태를 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명과 관련된 투명부재의 하부에 렌즈가 구비된 모습을 도시한 3D 프린터의 단면도이다.
도 4는 본 발명과 관련된 수지 탱크를 회전시키는 구성이 부가된 3D 프린터의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전부재의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 탱크와 홀더의 분해사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈를 투과하는 광을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 방법의 플로차트이다.
도 9는 종래의 3D 프린터의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of a 3D printer related to the present invention.
2a and 2b are schematic diagrams showing the use state of the 3D printer related to the present invention.
3 is a cross-sectional view of a 3D printer showing a state in which a lens is provided under the transparent member related to the present invention.
4 is a cross-sectional view of a 3D printer to which a configuration for rotating a resin tank according to the present invention is added.
5 is a perspective view of a rotating member according to an embodiment of the present invention.
6 is an exploded perspective view of a resin tank and a holder according to an embodiment of the present invention.
7 is a view illustrating light passing through a lens according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart of a 3D printing method according to an embodiment of the present invention.
9 is a schematic diagram of a conventional 3D printer.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components will be given the same reference numbers regardless of reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. The suffix "part" for the components used in the following description is given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and does not have a meaning or role distinct from each other by itself. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as “comprises” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 발명의 일 실시예는 광경화성 수지(Photopolymer)와 같이 액상의 수지를 이용하는 3D 프린터 및 이를 이용하는 3D 프린팅 방법에 관한 것인데, 상기 광경화성 수지는 빛에 노출이 되면 굳는 성질을 가지고 있다. 그 성질을 이용하여 원하는 모양으로 빛을 조사(照射)시켜 광경화성 수지를 굳히면 단단한 3D 출력물을 얻을 수 있으며, 이를 액체방식 3D 프린터라고 칭한다.An embodiment of the present invention relates to a 3D printer using a liquid resin such as a photopolymer and a 3D printing method using the same, wherein the photocurable resin has a property of hardening when exposed to light. By using its properties to irradiate light in a desired shape and harden the photocurable resin, a solid 3D print can be obtained, which is called a liquid 3D printer.
이러한 액체 방식의 3D 프린터에는 SLA(Stereo Lithography Apparatus), DLP(Digital Lighting Process) 및 CDLP(Continuous Direct Light Processing) 등의 방식이 있다.The liquid type 3D printer includes methods such as SLA (Stereo Lithography Apparatus), DLP (Digital Lighting Process), and CDLP (Continuous Direct Light Processing).
상기 SLA(Stereo Lithography Apparatus) 방식의 3D 프린팅은 액상 수지의 재료를 레이저를 사용하여 경화시키는 방식으로, 최초의 3D 프린팅 기술이며, 전세계적으로 가장 많이 사용되었던 방식이며, 별도의 보조재료를 사용하지 않고 미세 형상의 기둥이 보조역할을 하며, 미세한 형상 구현이 가능하며, 다양한 소재가 사용되고 있다. The SLA (Stereo Lithography Apparatus) method 3D printing is a method of curing a liquid resin material using a laser. A fine shape pillar plays an auxiliary role, and it is possible to implement a fine shape, and various materials are used.
상기 DLP(Digital Lighting Process) 방식의 3D 프린팅은 광경화성 액상 수지를 사용하며, 백 만개 이상의 작은 거울이 반사하는 빛으로 광경화성 수지를 고형화하는 방식으로, 뛰어난 미세형상 능력을 가지나, 파트가 커질수록 해상도가 떨어지면서 치수 정밀도는 떨어지게 된다.The DLP (Digital Lighting Process) method 3D printing uses a photocurable liquid resin and solidifies the photocurable resin with light reflected by more than a million small mirrors. As the resolution decreases, the dimensional accuracy decreases.
또한, CDLP(Continuous Direct Light Processing) 방식은 상기 DLP와 같은 방식으로 동작하지만 빛을 조사를 하는 동안 베드 또한 연속적으로 Z축으로 움직인다. 빠른 출력시간이 장점인 DLP의 장점을 더욱 살린 방식이라고 할 수 있다.In addition, the continuous direct light processing (CDLP) method operates in the same manner as the DLP, but the bed also continuously moves in the Z-axis while irradiating light. It can be said that it is a method that takes advantage of the advantage of DLP, which is an advantage of fast printing time.
본 발명의 일 실시예는 주로 SLA 방식의 3D 프린터를 위주로 설명하나, 특별히 저촉되지 않는 한 상기 DLP, CDLP 방식을 비롯한 액체방식의 3D 프린터에도 적용될 수 있다.An embodiment of the present invention is mainly described mainly for the 3D printer of the SLA method, but unless there is a particular conflict, it may be applied to a liquid type 3D printer including the DLP and CDLP methods.
도 1은 본 발명과 관련된 3D 프린터(100)의 개략도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명과 관련된 3D 프린터(100)의 사용상태를 도시한 모식도이다. 이하에서는 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명하기로 한다.1 is a schematic diagram of a
본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터(100)는 일면에 조형물(135)이 형성되는 빌드 플랫폼(110)(build platform)과, 상기 빌드 플랫폼(110)을 상하로 승강시키는 승강 제어부(120)와, 상기 빌드 플랫폼(110)의 하부에 구비되어 상기 조형물(135)의 형성에 필요한 광경화성 수지(133)(Photopolymer)를 수용하고, 바닥면은 개구부(131)가 형성되고 상기 개구부(131)를 덮도록 상기 바닥면에 막형 신축부재(150)가 구비되는 수지 탱크(130)(resin tank)와, 상기 수지 탱크(130)의 하부에 구비되고 아래로부터 조사되는 광(光)을 투과시켜 상기 조형물(135) 형성시에 상기 막형 신축부재(150)와 접촉하면서 상기 막형 신축부재(150)를 상승시키는 투명부재(140)와, 상기 투명부재(140)에 연결되어 상기 투명부재(140)를 승강시키는 승강부재(160)와, 상기 투명부재(140)의 하부에 구비되어 상기 수지 탱크(130)에 광(光)을 조사하는 광원부(102)를 포함하여 이루어진다. 상기 막형 신축부재(150)는 일예로, 코팅층, 박막, 필름, 실리콘막 등이 될 수 있다.The
상기 승강부재(160) 및 상기 승강 제어부(120)는 베이스부재(101)에 구비될 수 있고, 상기 승강 제어부(120)는 일예로 모터(M)를 포함하는 구성일 수 있으며, 상기 모터(M)에 수직으로 형성되는 회전축(121)이 연결된다. 상기 빌드 플랫폼(110)은 상기 회전축(121)에 연결되어 승강하게 된다.The elevating
상기 수지 탱크(130)는 벽을 형성하는 수직부(136)와 바닥면을 구성하는 수평부(137)로 구성되는데, 상기 개구부(131)는 수평부(137)를 일부 절개함으로써 형성된다. 상기 투명부재(140)는 상기 개구부(131)에 대응되는 크기로 형성될 수도 있고, 상기 개구부(131)보다 작도록 형성될 수도 있다. 상기 투명부재(140)는 상기 개구부(131)를 따라 승하강하게 된다. 상기 승강 제어부(120)는 상기 빌드 플랫폼(110)을 승강시키는 모터(M)를 포함할 수 있다. 상기 막형 신축부재(150)는 투명한 재질이며, 상기 수지 탱크(130)의 수평부(137)에 고정된다. 즉, 상기 투명부재(140)가 상기 개구부(131)로 관통하여 승강하는 경우 상기 수평부(137)의 단부(138)에 상기 투명부재(140)가 접촉하면서 승강하게 된다. 이때, 상기 막형 신축부재(150)는 신축성이 있어 상기 투명부재(140)과 접촉되는 부분은 투명부재(140)의 형상을 갖게 된다.The
본 발명의 일 실시예에서는 상기 수지 탱크(130)의 하부에 위치하는 투명부재(140)가 승강하면서 신축성이 있는 막형 신축부재(150)로부터 조형물(135)이 쉽게 이격된다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 빌드 플랫폼(110)에 1개의 층이 적층된 이후 조형물(135)이 막형 신축부재(150)로부터 이격되어 있는 상태를 제1 상태라 칭하고, 상기 제1 상태는 상기 투명부재(140)가 하강한 상태를 의미한다. 또한, 상기 빌드 플랫폼(110)에 조형물(135)이 형성되도록 광경화성 수지(133)가 적층되고 있는 상태를 제2 상태라 칭하고, 상기 제2 상태에서는 상기 투명부재(140)가 상기 개구부(131)를 통하여 위로 상승한 상태를 의미한다. 상기 투명부재(140)는 일예로 유리(glass)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
도 2a는 상기 제1 상태와 관련된 도면이고, 도 2b는 상기 제2 상태와 관련된 도면인데, 이하에서는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명하기로 한다.FIG. 2A is a view related to the first state, and FIG. 2B is a view related to the second state, which will be described below with reference to FIGS. 2A and 2B .
도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 빌드 플랫폼(110)에 1개의 층(layer)으로 광경화성 수지(133)가 적층된 이후에는 조형물(135)과 막형 신축부재(150)가 이격되게 된다. 이 때는 상기 투명부재(140)가 하강하게 되고, 상기 투명부재(140)의 형상으로 늘어났던 막형 신축부재(150)에 가해졌던 힘이 없어지면서 원래의 형상으로 회복하게 된다. 이는 상기 막형 신축부재(150)가 탄성력을 갖기 때문이다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 막형 신축부재(150)의 탄성력을 이용하여 투명부재(140)에 의한 외력 제거시에는 저절로 원래 상태로 회복되도록 하였다. 이때는 상기 투명부재(140)가 상기 수지 탱크(130)의 내측 가장자리인 수평부(137)와 동일 높이선상에 위치하게 된다. 상기 빌드 플랫폼(110)에 조형물(135)을 형성하지 않는 동안에는 상기 투명부재(140)가 개구부(131)와 동일한 크기를 갖는 경우, 상기 투명부재(140)가 수지 탱크(130)의 바닥면을 형성하게 된다. 상기 제1 상태는 상기 빌드 플랫폼(110)에 조형물(135)이 형성되기 전 상태를 포함할 수 있다.As shown in Figure 2a, after the photo-
도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 빌드 플랫폼(110)에 조형물(135)이 형성되는 동안에는 상기 투명부재(140)가 상승하고 상기 막형 신축부재(150)와 빌드 플랫폼(110) 사이에 조형물(135)이 적층되게 된다. 상기 투명부재(140)의 상승에 의해 막형 신축부재(150)가 상승하게 되어 막형 신축부재(150)가 팽팽하게 된 상태에서 광이 조사되기 때문에 막형 신축부재(150)의 주름에 의한 광의 산란 등의 영향을 억제할 수 있다.As shown in FIG. 2b , while the
상기 막형 신축부재(150)는 신축성이 있어 상기 투명부재(140)가 상승하게 되면 상기 제2 상태에서는 막형 신축부재(150)가 팽팽하게 되고, 다시 상기 투명부재(140)가 원 상태인 제1 상태로 하강하게 되면 상기 막형 신축부재(150)는 원 상태인 제1 상태로 회복하게 된다. 도 2b에서는 이해를 위해 과장되게 도시하였으나, 상기 투명부재(140)는 3D 프린터(100)로 1개의 층을 적층시의 높이 정도인 10~30㎛ 정도의 높이만 승강해도 된다.The film-type
도 3은 도 1에 렌즈(170)가 추가된 것으로, 본 발명과 관련된 투명부재(140)의 하부에 렌즈(170)가 구비된 모습을 도시한 3D 프린터(100a)의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈(170)를 투과하는 광(L1,L2,L3,L4,L5)을 도시한 도면이다. 이하에서는 도 3 및 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 투명부재(140)의 하부에 렌즈(170)(lens)가 형성되어 상기 투명부재(140)를 향해 입사되는 광(L1,L2,L3,L4,L5)을 평행광 또는 수직광으로 변환시키도록 하였다. 상기 투명부재(140)의 하부에는 광원(O)이 위치하게 되는데, 상기 광원(O)으로부터 상기 투명부재(140)로 조사되는 광(L1,L2,L3,L4,L5)은 입사각이 모두 다르지만, 이를 동일하게 조절하기 위해 렌즈(170)를 형성한 것이다. 상기 렌즈(170)는 실리콘(silicon)으로 코팅함으로써 형성할 수 있다. 상기 렌즈(170)는 에프쎄타 렌즈(170)(f-theta lens)일 수 있다. 3 is a cross-sectional view of a
한편, 본 발명의 일 실시예에서의 3D 프린터(100b)는 상기 수지 탱크(130)를 회전시킴으로써 수지 탱크(130)에 수용되는 수지(133)를 균일하게 혼합할 수 있는 구성을 갖는다. 도 4는 본 발명과 관련된 수지 탱크(130)를 회전시키는 구성이 부가된 3D 프린터(100b)의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전부재(180)의 사시도인데, 이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.On the other hand, the
상기 3D 프린터(100b)는 상기 수지 탱크(130)의 일측에 구비되어 상기 수지 탱크(130)를 회전시키는 회전부재(180)를 더 포함하며, 상기 회전부재(180)는 상기 수지 탱크(130)의 측면에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 수지 탱크(130)의 외주면에는 나사산(139)이 형성되고, 상기 수지 탱크(130)의 일 측면에는 상기 나사산(139)과 맞물리도록 형성되는 스크류(181)가 구비될 수 있다. 상기 스크류(181)는 모터(183)에 의해 회전하게 되며, 상기 모터(183)에 의해 스크류(181)가 상기 수지 탱크(130)를 회전시키도록 한다. 상기 모터(183)는 수직으로 형성되는 지지축(185)에 구비된다.The
한편, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 탱크(130)와 홀더(132, holder)의 분해사시도로 수지 탱크(130)가 홀더(132)에 결합되는 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 수지 탱크(130)의 하부는 수평부(137)가 형성되어 있어 홀더(132)의 상면에 체결된다. 보다 견고한 체결을 위해 상기 홀더(132)의 상면에는 다수의 홀(132b)이 형성되어 있고 상기 수평부(137)의 기설정된 지점이 상기 홀(132b)에 위치하게 된다. 도 4 및 도 5에서는 상기 수지 탱크(130)의 외주면에 나사산(139)이 형성되고 이를 스크류(181)에 의해 수지 탱크(130)를 직접 회전시키는 것을 예시하였다. 도 6에서는 상기 수지 탱크(130)를 직접 회전시키는 것이 아닌 홀더(132)를 직접 회전시킴으로써 수지 탱크(130)를 회전시키는 구성을 예시하였다. 이를 위해 상기 홀더(132)의 하부면에는 톱니(132a)가 형성되고 상기 톱니(132a)와 기어 결합하는 전동기어(182)가 인접하여 배치된다. 상기 전동기어(182) 및 톱니(132a)는 각각 도 5에서의 스크류(181) 및 나사산(139)와 대응되는 구성으로, 상기 전동기어(182) 및 톱니(132a)는 상기 회전부재(180)를 구성할 수 있다. 상기 전동기어(182)와 톱니(132a)의 기어결합에 의해 상기 홀더(132) 및 수지 탱크(130)가 회전하게 된다.Meanwhile, FIG. 6 is an exploded perspective view of the
나아가, 본 발명의 일 실시예에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 수지 탱크(130)의 수직부(136)의 내벽에 일정 간격으로 다수의 돌출부(136a)가 이격 형성되어 있다. 상기 다수의 돌출부(136a)는 대략 직사각형이고 위에서 아래로 경사지도록 형성되어 있다. 이에 의해 상기 수지 탱크(130)의 회전시 수지 탱크(130) 내의 광경화성 수지(133)를 상하로 균일하게 교반시킬 수 있으며, 원심력에 의해 광경화성 수지(133)가 과도하게 출렁이는 것을 방지할 수도 있다. 예를 들면, 상기 수지 탱크(130)가 정방향으로 회전하는 경우 광경화성 수지(133)를 상하로 균일하게 섞을 수 있다면, 수지 탱크(130)가 역방향으로 회전하는 경우에는 광경화성 수지(133)가 원심력에 의해 수직부(136)의 내벽을 따라 지나치게 높아지는 것을 방지하는 기능을 수행하게 된다. 이는 본 발명의 일 실시예에서 특별히 저촉되지 않는 한 다른 실시예에서도 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들면, 도 1 내지 도 5에서는 수지 탱크(130)의 내벽에 돌출부(136a)를 도시하지는 않았으나, 돌출부(136a) 구성을 포함할 수도 있다.Furthermore, in one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6 , a plurality of
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 3D 프린터(100)를 이용하여 3D 프린팅하는 방법이 제공하는데, 보다 구체적으로 빌드 플랫폼(110)(build platform)의 하부에 구비되는 수지 탱크(130)(resin tank)의 바닥면에 개구부(131)가 형성되고, 상기 바닥면에는 상기 개구부(131)를 덮는 막형 신축부재(150)가 형성되며, 상기 수지 탱크(130)의 하부에 구비되는 투명부재(140)에 의해 상기 막형 신축부재(150)를 승강하게 되며, 상기 투명부재(140)는 승강부재(160)에 의해 승강하게 되는 광경화성 수지(133, Photopolymer)를 이용하는 3D 프린터(100)에 의한 3D 프린팅 방법이 제공된다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 방법의 플로차트인데, 이하에서는 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.On the other hand, in an embodiment of the present invention, a method of 3D printing using the
본 발명의 일 실시예에서의 3D 프린팅 방법은 상기 승강부재(160)에 의해 상기 투명부재(140)가 상기 수지 탱크(130)의 바닥면 아래에 위치한 상태에서 상기 개구부(131)를 관통하여 상기 바닥면 위로 상승하여 상기 막형 신축부재(150)를 상승시키는 단계(S110)와, 상기 빌드 플랫폼(110)과 상기 막형 신축부재(150) 사이의 간격이 기설정된 간격으로 이격되도록 상기 빌드 플랫폼(110)을 적층 위치에 정렬시키는 단계(S120)와, 상기 빌드 플랫폼(110)(build platform)의 일면에 조형물(135)을 적층 형성하는 단계(S130)와, 상기 승강부재(160)에 의해 상기 투명부재(140)가 하강하여 상기 막형 신축부재(150)가 상기 조형물(135)로부터 박리되는 단계(S140)를 포함하고, 상기 S110 내지 S140 단계를 반복(S150)하는 방식이다.In the 3D printing method according to an embodiment of the present invention, the
이때, 상기 S140 단계 후, 하강했던 상기 투명부재(140)가 위로 상승하기 전에 상기 수지 탱크(130)를 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
In this case, after the step S140 , the method may further include rotating the
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 3D 프린팅 동작 전에는 상기 투명부재(140)가 상기 수지탱크(130)의 바닥면 아래에 위치해 있다. 이후 상기 투명부재(140)가 막형 신축부재(150)를 밀어올리면서 적층을 위한 준비가 시작된다. 상기 빌드 플랫폼(110)은 기설정된 수직 해상도에 맞도록 적층 위치로 정렬시킴으로써 상기 막형 신축부재(150)와의 간격을 조절한다. 기설정된 해상도에 맞도록 빌드 플랫폼(110)의 위치가 정렬하게 되면 상기 빌드 플랫폼(110)에 조형물(135)를 적층 형성하고, 1개의 층이 적층된 후 상기 승강부재(160)를 하강하게 되면 투명부재(140)가 함께 하강하게 되고 신축성이 있는 막형 신축부재(150)가 원래의 상태로 복원되게 된다. 즉, 위를 향해 늘어났던 상기 막형 신축부재(150)가 원래의 상태로 복귀하면서 아래로 이완되게 된다. 이러한 동작에 의해 상기 막형 신축부재(150)가 조형물(135)로부터 자연스럽게 박리되게 된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 빌드 플랫폼(110)에 1개의 층이 적층될 때마다 빌드 플랫폼(110)을 상승시켜 적층 위치에 정렬시키는데, 차후의 적층을 위해 빌드 플랫폼(110)이 상승할 때 상기 수지 탱크(130)를 회전부재(180)에 의해 회전시키게 되면 수지(133)가 보다 균일하게 혼합될 수 있게 된다. As described above, in one embodiment of the present invention, the
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.
100: 3D 프린터, 101: 바디, 102: 광원부, 110: 빌드 플랫폼, 120: 승강 제어부, 130: 수지 탱크, 131: 개구부, 132: 홀더, 132a: 기어, 132b: 홀, 133: 수지, 182: 전동기어, 135: 조형물, 140: 투명부재, 150: 막형 신축부재, 160: 승강부재, 170: 렌즈, 180: 회전부재100: 3D printer, 101: body, 102: light source, 110: build platform, 120: elevating control, 130: resin tank, 131: opening, 132: holder, 132a: gear, 132b: hole, 133: resin, 182: Electric gear, 135: sculpture, 140: transparent member, 150: membrane-type elastic member, 160: elevating member, 170: lens, 180: rotating member
Claims (9)
상기 빌드 플랫폼을 상하로 승강시키는 승강 제어부;
상기 빌드 플랫폼의 하부에 구비되어 상기 조형물의 형성에 필요한 광경화성 수지(Photopolymer)를 수용하고, 바닥면은 개구부가 형성되고 상기 개구부를 덮도록 상기 바닥면에 막형 신축부재가 구비되는 수지 탱크(resin tank);
상기 수지 탱크의 하부에 구비되고 아래로부터 조사되는 광(光)을 투과시켜 상기 조형물 형성시에 상기 막형 신축부재와 접촉하면서 상기 막형 신축부재를 상승시키는 투명부재;
상기 투명부재에 연결되어 상기 투명부재를 승강시키는 승강부재; 및
상기 투명부재의 하부에 구비되어 상기 수지 탱크에 광(光)을 조사하는 광원부를 포함하는 3D 프린터.a build platform on which a sculpture is formed on one surface;
an elevating control unit for elevating the build platform up and down;
It is provided at the lower part of the build platform to accommodate the photopolymer required for the formation of the sculpture, and the bottom surface has an opening formed therein and a film-type elastic member is provided on the bottom surface to cover the opening. tank);
a transparent member provided in the lower part of the resin tank and transmitting light irradiated from below to raise the membrane-type elastic member while in contact with the membrane-type elastic member when forming the sculpture;
a lifting member connected to the transparent member to elevate the transparent member; and
A 3D printer comprising a light source provided under the transparent member to irradiate light to the resin tank.
상기 수지 탱크의 내벽에는 다수의 돌출부가 일정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터. According to claim 1,
3D printer, characterized in that a plurality of protrusions are formed at regular intervals on the inner wall of the resin tank.
상기 투명부재는 상기 개구부에 대응되는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.The method of claim 1,
The 3D printer, characterized in that the transparent member has a size corresponding to the opening.
상기 투명부재의 하부에는 렌즈(lens)가 형성되어 상기 투명부재를 향해 입사되는 광을 평행광으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.3. The method of claim 2,
3D printer, characterized in that a lens (lens) is formed under the transparent member to convert light incident toward the transparent member into parallel light.
상기 수지 탱크의 일측에는 상기 수지 탱크를 회전시키는 회전부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터. According to claim 1,
3D printer, characterized in that a rotating member for rotating the resin tank is provided on one side of the resin tank.
상기 수지 탱크가 홀더(holder)에 구비되는 경우에는 상기 회전부재가 상기 홀더에 체결되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.6. The method of claim 5,
3D printer, characterized in that when the resin tank is provided in the holder (holder), the rotating member is fastened to the holder.
상기 조형물을 형성하지 않는 동안에는 상기 투명부재는 상기 수지 탱크의 바닥면을 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.4. The method of claim 3,
3D printer, characterized in that the transparent member forms the bottom surface of the resin tank while the sculpture is not formed.
(a) 상기 승강부재에 의해 상기 투명부재가 상기 수지 탱크의 바닥면 아래에 위치한 상태에서 상기 개구부를 관통하여 상기 바닥면 위로 상승하여 상기 막형 신축부재를 상승시키는 단계;
(b) 상기 빌드 플랫폼과 상기 막형 신축부재 사이의 간격이 기설정된 간격으로 이격되도록 상기 빌드 플랫폼를 적층 위치에 정렬시키는 단계;
(c) 상기 빌드 플랫폼(build platform)의 일면에 조형물을 적층 형성하는 단계; 및
(d) 상기 승강부재에 의해 상기 투명부재가 하강하여 상기 막형 신축부재가 상기 조형물로부터 박리되는 단계를 포함하고,
상기 (a) 내지 (d) 단계를 반복하는 3D 프린팅 방법.An opening is formed on a bottom surface of a resin tank provided under a build platform, and a film-type expansion and contraction member is formed on the bottom surface to cover the opening, and a transparent transparent provided at the bottom of the resin tank. In the 3D printing method using a 3D printer using a photopolymer (Photopolymer) that the film-type elastic member is raised and lowered by a member, and the transparent member is raised/lowered by the lifting member,
(a) elevating the membrane-type elastic member by passing through the opening in a state in which the transparent member is positioned below the bottom surface of the resin tank by the lifting member and rising above the bottom surface;
(b) aligning the build platform in a stacking position so that a gap between the build platform and the membrane-type elastic member is spaced apart by a preset distance;
(c) laminating a sculpture on one surface of the build platform; and
(d) the transparent member is lowered by the elevating member, comprising the step of peeling the membrane-type elastic member from the sculpture,
3D printing method repeating the steps (a) to (d).
상기 (d) 단계 후, 하강했던 상기 투명부재가 위로 상승하기 전에 상기 수지 탱크를 회전시키는 단계를 더 포함하는 3D 프린팅 방법.
9. The method of claim 8
After the step (d), the 3D printing method further comprising the step of rotating the resin tank before the descending transparent member rises upward.
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
US20150290876A1 (en) * | 2014-04-09 | 2015-10-15 | Yanjun Liu | Stereolithographic apparatus and method |
JP2019194000A (en) * | 2018-05-02 | 2019-11-07 | 三緯國際立體列印科技股▲ふん▼有限公司XYZprinting, Inc. | 3D printer |
KR102063683B1 (en) * | 2019-04-24 | 2020-01-09 | 주식회사 쓰리딜라이트 | DLP 3D printer Vat and 3D printing method using thereof |
-
2020
- 2020-11-25 KR KR1020200160248A patent/KR102458144B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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