KR20230123280A - 탈거장치가 구비된 삼차원 프린터 - Google Patents

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KR20230123280A
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Abstract

본 발명은 액상 조성물이 담기는 액조, 액상 조성물을 경화하는 광을 조사하는 광 경화부, 액조 내로 상대적으로 이동가능하며 하면에 홈이 구비된 작업대, 작업대의 이동을 안내하는 포스트, 홈에 삽입되도록 이동가능한 리무버, 및 작업대와 액조 사이에 위치하도록 이동가능한 세척조를 포함하며, 리무버와 세척조는 연결기둥에 의해 연결되어 리무버가 세척조 상부에 위치하도록 구성된 삼차원 프린터에 관한 것이다.

Description

탈거장치가 구비된 삼차원 프린터{3D PRINTER WITH REMOVER}
본 개시(Disclosure)는 액조(resin vat)의 하방에서 광을 조사하는 형태의 삼차원 프린터(3D Printer)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탈거장치가 구비된 삼차원 프린터에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1 내지 도 3은 일본 공개특허공보 JP2011-085614호에 제시된 치과용 3D 프린터 및 이를 이용하여 치아 모형을 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 치과용 3D 프린터(100)는 액조(10), 작업대(12), 광원(16), 및 광 조사부(18)를 포함한다. 액조(10)에는 액상 조성물(20)이 담겨 있으며, 액상 조성물(20)은 광경화성 액상 조성물이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 작업대(12)를 액상 조성물(20)의 표면(22)으로부터 약간 침강시켜 작업대(12) 위에 액상 조성물(20)이 약간 올려지도록 한 다음, 광 조사부(18)를 통해 광을 선택적으로 조사하여 제1 경화층(24)을 형성한다. 이를 통해 치아 모형의 단 한면을 구성하는 제1 경화층(24)이 작업대(12)에 고정된 형태로 형성된다. 다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 작업대(12)를 재차 침강시켜 제1 경화층(24) 위에 액상 조성물(20)을 공급한 다음, 광 조사부(18)를 통해 광을 선택적으로 조사하여 제1 경화층(24) 위에 이것과 연속하여 일체로 적층되는 제2 경화층(26)을 형성한다. 이러한 과정을 반복하여 최종적인 치아 모형을 형성할 수 있다. 구강 전체의 모형 또는 여타의 모형을 만들 수 있음은 물론이다(예: WO2020-005413).
도 4 및 도 5는 한국 등록특허공보 제10-2184582호에 제시된 3D 프린터의 일 예를 나타내는 도면으로서, 3D 프린터(180)는 하우징(130), 액조(140), 포스트(150), 연결 막대(160) 그리고, 작업대(170)를 포함한다. 하우징(130) 내부에는 광원(60)과 광 패턴부(120; Light Patterning Portion)가 구비되어 있다. 액조(140)와 엑츄에이터(150)는 하우징(130)의 상면에 구비된다. 작업대(170)는 연결 막대(160)를 통해 포스트(150)에 결합되며, 포스트(150)에 의해 가이드되어 액조(140) 방향으로 이동이 가능하다. 포스트(150)는 자체적으로 가이드 수단(예: 모터)을 구비하는 형태여도 좋고, 가이드 수단을 하우징(130)에 구비한 채로 단순히 연결 막대(160) 및 작업대(170)에 이 가이드 수단의 작동을 전달하는 형태여도 좋다. 도 1 내지 도 3에 제시된 3D 프린터(100)와 달리, 액조(140)의 하방에서 광이 조사되는 점에서 차이가 있으며, 따라서 액조(140)의 바닥면은 투명하거나 개방된 형태를 가진다. 광원(60)은 가시광 또는 자외선 발광 LED의 어레이일 수 있으며, 광 패턴부(120)는 액정으로 구성될 수 있고, 광원(60)과 광 패턴부(120)가 하나의 모듈로서 LCD를 구성할 수 있다(예: 미국 공개특허공보 US2016-0200042호). 액조(140)의 바닥면이 개방된 경우에 광 패턴부(120) 또는 LCD의 상면이 하우징(130) 내지 액조(140)의 바닥면을 구성하는 것이 가능하다. 도 5에는, 3D 프린팅의 초기 상태, 즉 작업대(170)가 액상 조성물(175)에 담겨서 액조(140)의 바닥면 또는 LCD의 상면에 위치한 상태가 제시되어 있다. 작업대(170)를 초기 상태로 두는 과정에서 오작동, 실수 등(예를 들어, 이전 작업한 3D 프린팅 구조물(200: 도 6 참조)을 작업대(170)에 그대로 둔 경우)에 의해 액조(140)의 바닥면 또는 LCD의 상면이 손상되는 문제가 발생할 수 있다.
도 6은 미국 공개특허공보 US2016-0184189호에 제시된 3D 프린팅된 인공 치아 구조물의 일 예를 나타내는 사진으로서, 인공 치아 구조물(200)은 인공 치아(210)와 서포트(220)를 포함하며, 서포트(220)의 하부(221)는 작업대(12,170; 도 1 내지 도 5 참조)에 부착되는 부분이다. 주로 금속으로 이루어지는 작업대(12,170; 도 1 내지 도 5 참조)와 광경화성 수지로 된 인공 치아 구조물(200), 정확히는 서포트(220)의 하부(221)를 분리하는 일이 쉽지 않으며, 끌 등을 이용하여 분리하지만, 다수의 파손이 발생하는 문제점을 가진다.
본 개시는 작업대와 3D 프린팅 출력물을 효과적으로 분리할 수 있는 탈거장치가 구비된 삼차원 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 하나의 양상에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 삼차원 프린터에 있어서, 액상 조성물이 담기는 액조; 액상 조성물을 경화하는 광을 조사하는 광 경화부; 액조 내로 상대적으로 이동가능하며 하면에 홈이 구비된 작업대; 작업대의 이동을 안내하는 포스트; 홈에 삽입되도록 이동가능한 리무버; 및 작업대와 액조 사이에 위치하도록 이동가능한 세척조;를 포함하며, 리무버와 세척조는 연결기둥에 의해 연결되어 리무버가 세척조 상부에 위치하도록 구성된, 삼차원 프린터가 제공된다.
본 개시에 따른 또 다른 양상에 의하면(According to another aspect of the present disclosure), 액조 하부면에 위치하여 액조를 안착시키는 액조 안착부; 및 액조 안착부의 하부 일측면에 형성된 캠 형상의 높이조절부와 액조 안착부의 하부 타측면에 형성된 고정부를 포함하는 틸팅 구동부;를 더욱 포함하며, 높이조절부의 캠의 회전 운동에 의해 액조 안착부의 하부 일측면이 상하로 이동되어 액조 안착부가 틸딩되는, 삼차원 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시에 따르는 삼차원 프린터는 3D 출력물을 파손하지 않으면서 작업대와 3D 프린팅 출력물을 효과적으로 분리할 수 있다.
본 개시에 따르는 삼차원 프린터는 또한 액조 틸팅시 자연스러운 동작을 구현하고, 정확한 틸팅 및 효율적인 구동력 전달로 인하여 내구성 및 정밀성을 높이고, 틸팅 구동부의 잦은 사용에 의한 부품 마모를 줄이고 고장시 수리가 용이하게 하는 장점이 있다.
도 1 내지 도 3은 일본 공개특허공보 JP2011-085614호에 제시된 치과용 3D 프린터 및 이를 이용하여 치아 모형을 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 한국 등록특허공보 제10-2184582호에 제시된 3D 프린터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 미국 공개특허공보 US2016-0184189호에 제시된 3D 프린팅된 인공 치아 구조물의 일 예를 나타내는 사진이다.
도 7은 본 개시에 따른 치과용 3D 프린터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 개시에 따른 삼차원 프린터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 개시에 따른 삼차원 프린터를 위쪽 측면에서 바라본 도면이다.
도 9는 본 개시에 따른 삼차원 프린터에 구비된 작업대의 확대도이다.
도 10은 본 개시에 따른 삼차원 프린터에 구비된 리무버와 연결기둥의 확대도이다.
도 11은 리무버가 작업대 하면의 홈에 삽입된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 틸팅 구동부가 구비된 삼차원 프린터를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 틸팅 구동부의 작동에 의해 액조의 틸팅 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 7은 본 개시에 따른 삼차원 프린터의 일 예를 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 7a는 리무버(310)와 세척조(320)가 후퇴한 모습을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7b는 리무버(310)와 세척조(320)가 전진한 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 개시의 하나의 양상에 따르는 삼차원 프린터(300)는 하우징(340), 액조(350), 포스트(360), 연결 막대(365), 작업대(370), 및 광 경화부(380; 도 12 참조)를 포함한다. 하우징(340)의 상부에 액조(350)와 포스트(360)가 구비되며, 내부에 광 경화부(380; 도 12 참조)가 구비되어 있다. 액조(350)에는 광경화성 액상 조성물이 담기며, 액조(350)는 작업대(370)를 수용할 수 있는 크기이며, 바닥면이 광을 투과하도록 투명하게 구성되거나 개방될 수 있다. 액조(350)의 바닥면이 개방된 경우에 광 경화부(380; 도 12 참조)의 상면이 액조(350)의 바닥면을 구성할 수 있다. 포스트(360)는 그 자체에 액츄에이터(예: 모터)를 구비하는 형태이거나 하우징(340)에 구비된 액츄에이터의 동작을 전달하는 형태(예: 리드스크류, 벨트 구비)일 수 있다. 연결 막대(365)는 하우징(340)에 구비되는 제어부(도시 생략)의 작동에 따른 포스트(360)의 동작을 작업대(370)에 전달하는 역할을 하며, 작업대(370)가 포스트(360)에 직접 연결되는 경우에 생략될 수 있다.
삼차원 프린터(300)는 리무버(310)와 세척조(320)를 더욱 포함할 수 있다.
리무버(310)는 이하에서 상세하게 설명하듯이 작업대(370)의 하면에 구비된 홈(371; 도 9)에 삽입되도록 이동가능하게 구성될 수 있다.
세척조(320)는 작업대(370)와 액조(350) 사이에 위치하도록 이동가능하게 구성될 수 있다.
도 8은 본 개시에 따른 삼차원 프린터를 위쪽 측면에서 바라본 도면이다.
도 8을 참조하면, 삼차원 프린터(300)에 구비된 리무버(310)와 세척조(320)는 연결기둥(330)에 의해 연결되어 리무버(310)가 세척조(320) 상부에 위치하도록 구성될 수 있다. 구체적으로 세척조(320)와 연결기둥(330)은 받침판(335)의 상면에 구비될 수 있으며, 받침판(335) 하면의 양쪽 측면에는 받침판(335)이 전후로 이동 가능하게 하는 이동수단, 예컨대 레일 구조가 형성될 수 있다.
받침판(335) 하면의 양쪽 측면에 구비된 이동수단에 대응하여, 이동수단을 지지하는 소정 높이의 지지대(390)가 받침판(335)의 양쪽 측면 하부에 구비될 수 있다.
이러한 이동수단이 구비됨으로써, 리무버(310)와 세척조(320)는 전진과 후퇴를 할 수 있으며, 전진하는 경우 리무버(310)는 홈(371; 도 9)에 삽입되고, 세척조(320)는 작업대(370)와 액조(350) 사이에 위치하게 된다.
리무버(310)가 홈(371; 도 9)에 삽입됨으로써 작업대(370) 하면에 부착된 3D 프린팅 출력물은 작업대(370)의 하면으로부터 분리되어 세척조(320) 내부로 낙하하게 된다.
또 다른 일 예에서, 세척조(320)는 회전가능하도록 구성된 내부용기(325)를 포함할 수 있다. 내부용기(325)에는 개구가 구비될 수 있다. 작업대(370)의 하면으로부터 분리되어 세척조(320) 내부로 낙하한 3D 프린팅 출력물에 잔존할 수 있는 액상 조성물은 내부용기(325)의 회전에 의해 개구를 통하여 세척조(320) 외부로 제거될 수 있다.
도 9는 본 개시에 따른 삼차원 프린터에 구비된 작업대(370)의 확대도이다. 구체적으로, 작업대(370)를 아래쪽 측면에서 바라본 도면이다.
도 9를 참조하면, 작업대(370)의 하면에는 홈(371)이 구비될 수 있다. 홈(371)의 폭과 깊이는 리무버(310)를 수용할 수 있는 크기일 수 있다. 홈(371)은 복수개일 수 있으며, 일정간격으로 이격되어 일직선 형태로 배치될 수 있다.
3D 프린팅 작업의 최초 셋팅 단계에서 작업대(370)를 액조(350)에 침적시킬 때, 작업대(370) 하면에 형성된 홈(371) 내부에는 경화용 액상 조성물이 들어가지 않도록 작업대(370)의 하면을 액조(350)에 위치시킨다.
도 10은 본 개시에 따른 삼차원 프린터에 구비된 리무버(310)와 연결기둥(330)의 확대도이다. 구체적으로, 리무버(310)를 아래쪽 측면에서 바라본 도면이다.
도 10을 참조하면, 리무버(310)는 끝단(311)으로 갈수록 두께가 점점 작아지도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 리무버(310)의 끝단(311)의 두께(H1)가 타단(312)의 두께(H2)보다 작도록 구성되며, 리무버(310)의 타단(312)에서 끝단(311)으로 갈수록 두께(H)가 점점 작아지도록 구성될 수 있다.
또 다른 일 예에서, 리무버(310) 끝단(311)의 두께(H1)는 작업대(370; 도 9)의 하면에 구비된 홈(371; 도 9)의 깊이(D; 도 9)보다 작도록 구성될 수 있다.
또 다른 일 예에서, 리무버(310) 끝단(311) 반대측의 타단(312)의 두께(H2)는 홈(371; 도 9)의 깊이(D; 도 9)보다 크도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 리무버(310)와 세척조(320)가 이동수단에 의해 전진하면, 리무버(310)는 홈(371; 도 9)에 삽입되고, 세척조(320)는 작업대(370)와 액조(350) 사이에 위치하게 된다. 이때, 홈(371; 도 9)의 깊이(D; 도 9)보다 두께(H1)가 작도록 구성된 리무버(310)의 끝단(311)은, 경화된 3D 프린팅 출력물과 작업대(370) 하면 사이에 틈을 형성하는 홈(371; 도 9)으로 삽입될 수 있다. 리무버(310)가 계속하여 전진하면, 리무버(310)의 두께가 점차 커져 홈(371; 도 9)의 깊이(D; 도 9)보다 큰 두께의 리무버(310) 영역이 홈(371; 도 9)으로 삽입되면, 3D 프린팅 출력물은 작업대(370)의 하면으로부터 분리되기 시작한다. 따라서 리무버(310)의 길이 방향에서, 리무버(310)의 끝단(311)쪽으로부터 시작하여 타단(312)쪽으로 약 1/2 위치, 또는 타단(312)쪽으로 약 1/3 위치부터 리무버(310)의 두께가 홈(371; 도 9)의 깊이(D; 도 9)보다 크도록 구성되는 것이 바람직하다. 3D 프린팅 출력물은 작업대(370)의 하면으로부터 분리되어 세척조(320) 내부로 낙하하게 된다.
도 11은 리무버(310)가 작업대(370) 하면의 홈(371; 도 9)에 삽입된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 리무버(310)의 끝단(311)의 두께는 홈(371; 도 9)의 깊이(D; 도 9)보다 작도록 구성되며, 리무버(310)의 끝단(311)으로부터 시작하여 타단(312)쪽으로 약 1/2 위치, 또는 타단(312)쪽으로 약 1/3 위치부터 리무버(310)의 두께가 홈(371; 도 9)의 깊이(D; 도 9)보다 크도록 구성될 수 있다.
도 12는 틸팅 구동부(356)가 구비된 삼차원 프린터를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 개시에 따르는 삼차원 프린터는 액조 안착부(355)와 틸팅 구동부(356)를 더욱 포함할 수 있다.
액조 안착부(355)는 액조(350) 하부면에 위치하여 액조(350)를 안착시키도록 구성될 수 있다.
틸팅 구동부(356)는 액조 안착부(355)의 하부 일측면에 형성된 캠 형상의 높이조절부(357)와 액조 안착부(355)의 하부 타측면에 형성된 고정부(358)를 포함할 수 있다. 높이조절부(357)는 스텝모터와 캠(cam)을 포함할 수 있다. 통상 캠(cam)은 특수한 모양을 가진 원동절에 회전 운동 또는 직선 운동을 주어서 연결된 부품을 복잡한 왕복 직선 운동이나 왕복 각운동 등을 하게 하는 기구를 일컫는다.
틸팅 구동부(356)에서 높이조절부(357)의 캠의 회전 운동에 의해 액조 안착부(355)의 하부 일측면이 상하로 이동되어 액조 안착부(355)가 틸딩될 수 있다. 액조 안착부(355)가 틸팅되면서 액조 안착부(355) 상부에 위치한 액조(350)가 동시에 틸팅될 수 있다.
도 13은 틸팅 구동부(356)의 작동에 의해 액조(350)의 틸팅 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 하늘색은 수평상태를 나타내며, 주황색은 기울임 상태를 나타낸다. 수평상태와 기술임상태의 각도 차이는 약 5도가 바람직하다.
이하 본 개시에 따른 다양한 실시예를 설명한다.
(1) 삼차원 프린터에 있어서, 액상 조성물이 담기는 액조; 액상 조성물을 경화하는 광을 조사하는 광 경화부; 액조 내로 상대적으로 이동가능하며 하면에 홈이 구비된 작업대; 작업대의 이동을 안내하는 포스트; 홈에 삽입되도록 이동가능한 리무버; 및 작업대와 액조 사이에 위치하도록 이동가능한 세척조;를 포함하며, 리무버와 세척조는 연결기둥에 의해 연결되어 리무버가 세척조 상부에 위치하도록 구성된, 삼차원 프린터.
(2) 리무버는 끝단으로 갈수록 두께가 점점 작아지도록 구성된, 삼차원 프린터.
(3) 리무버 끝단의 두께는 홈의 깊이보다 작도록 구성된, 삼차원 프린터.
(4) 리무버 끝단 반대측의 타단의 두께는 홈의 깊이보다 크도록 구성된, 삼차원 프린터.
(5) 세척조는 회전가능한 내부용기를 포함하며, 내부용기에는 개구가 구비된, 삼차원 프린터.
(6) 액조 하부면에 위치하여 액조를 안착시키는 액조 안착부; 및 액조 안착부의 하부 일측면에 형성된 캠 형상의 높이조절부와 액조 안착부의 하부 타측면에 형성된 고정부를 포함하는 틸팅 구동부;를 더욱 포함하며, 높이조절부의 캠의 회전 운동에 의해 액조 안착부의 하부 일측면이 상하로 이동되어 액조 안착부가 틸딩되는, 삼차원 프린터.
삼차원 프린터(300), 리무버(310), 세척조(320), 연결기둥(330), 하우징(340), 액조(350), 포스트(360), 연결 막대(365), 작업대(370), 광 경화부(380), 지지대(390)

Claims (6)

  1. 삼차원 프린터에 있어서,
    액상 조성물이 담기는 액조;
    액상 조성물을 경화하는 광을 조사하는 광 경화부;
    액조 내로 상대적으로 이동가능하며 하면에 홈이 구비된 작업대;
    작업대의 이동을 안내하는 포스트;
    홈에 삽입되도록 이동가능한 리무버; 및
    작업대와 액조 사이에 위치하도록 이동가능한 세척조;
    를 포함하며,
    리무버와 세척조는 연결기둥에 의해 연결되어 리무버가 세척조 상부에 위치하도록 구성된, 삼차원 프린터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    리무버는 끝단으로 갈수록 두께가 점점 작아지도록 구성된, 삼차원 프린터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    리무버 끝단의 두께는 홈의 깊이보다 작도록 구성된, 삼차원 프린터.
  4. 청구항 2에 있어서,
    리무버 끝단 반대측의 타단의 두께는 홈의 깊이보다 크도록 구성된, 삼차원 프린터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    세척조는 회전가능한 내부용기를 포함하며,
    내부용기에는 개구가 구비된, 삼차원 프린터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    액조 하부면에 위치하여 액조를 안착시키는 액조 안착부; 및
    액조 안착부의 하부 일측면에 형성된 캠 형상의 높이조절부와 액조 안착부의 하부 타측면에 형성된 고정부를 포함하는 틸팅 구동부;
    를 더욱 포함하며,
    높이조절부의 캠의 회전 운동에 의해 액조 안착부의 하부 일측면이 상하로 이동되어 액조 안착부가 틸딩되는, 삼차원 프린터.
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