WO2017126947A1 - 3차원 프린터 - Google Patents

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WO2017126947A1
WO2017126947A1 PCT/KR2017/000783 KR2017000783W WO2017126947A1 WO 2017126947 A1 WO2017126947 A1 WO 2017126947A1 KR 2017000783 W KR2017000783 W KR 2017000783W WO 2017126947 A1 WO2017126947 A1 WO 2017126947A1
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박성진
이홍주
주환욱
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박성진
이홍주
주환욱
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    • B29K2995/002—Coloured
    • B29K2995/0021—Multi-coloured

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional printer, and more particularly to a three-dimensional printer capable of laminating multi-colored multi-material.
  • a three-dimensional printer is a device that takes out a three-dimensional shape, that is, a sculpture, as it is based on a three-dimensional drawing made by a computer program.
  • An FDM using a solid filament as a raw material according to the type of raw material used It is classified into Fused Deposiotion Modeling (DLP) method, DLP (Digital Light Processing) method using liquid raw materials, and SLS (Selective Laser Sintering) method using powder raw materials.
  • DLP Fused Deposiotion Modeling
  • DLP Digital Light Processing
  • SLS Selective Laser Sintering
  • UV (Ultraviolet Ray) curable resin which is a material cured by ultraviolet rays, is used as a raw material in a DLP type 3D printer.
  • a resin irradiation part containing UV curable resin, a light irradiation part irradiating UV light to the resin storage part, and It includes a substrate portion on which the cured resin is laminated in the light irradiation unit a representative example shows a three-dimensional printer of the DLP method in Korea Patent Registration No. 10-1647799.
  • the above-described three-dimensional DLP printer has a problem in that only one material and one color molded product can be generated.
  • the background art described above is technical information that the inventors possess for the derivation of the present invention or acquired in the derivation process of the present invention, and is not necessarily a publicly known technique disclosed to the general public before the application of the present invention. .
  • One embodiment of the present invention has an object to present a three-dimensional printer.
  • a technical means for achieving the above-described technical problem is a plurality of tanks in which a liquid material is stored therein, a light irradiation unit for irradiating light and disposed under the plurality of tanks It is disposed on the bottom surface of the tank is provided with a switching unit for lifting the light corresponding to the axial cross-sectional image of the molded article to be molded in the tank of the light irradiated from the light irradiating portion and up and down direction, the molded article is molded at the bottom It may include a molding stage.
  • Three-dimensional printer may include a plurality of tanks for supplying different photocurable liquid resin, it is possible to produce a variety of molded articles.
  • the three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention is designed to cure various materials contained in several tanks with only one LCD, instead of installing a light source for each tank.
  • the three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention may generate a sculpture of various colors as compared to the conventional three-dimensional printer by configuring the basic unit for implementing the output color as a voxel.
  • the three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention can produce a molded article of multi-colored multi-material including a plurality of tanks.
  • the molded article produced by the three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention forms a voxel using various colors, and the color of the voxel itself may be changed according to the arrangement of the colors.
  • any one of the tanks included in the three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention can be stored in the cleaning agent, the cleaning unit is disposed between the neighboring water tank can be cleaned of the molded article.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a plan view showing the configuration of a three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of a three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a plan view showing the configuration of a three-dimensional printer according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view showing the configuration of a three-dimensional printer according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing the principle that the color of the voxel constituting the molding, which is output by the three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention is formed.
  • the terms "left” and “right” indicating a direction are terms indicating a position of a specific configuration in FIG. 3, and do not mean that the corresponding configuration is actually disposed on the left and right sides.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a three-dimensional printer 100 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a plan view showing the configuration of a three-dimensional printer 100 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 Is a front view showing the configuration of the three-dimensional printer 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 3D printer 100 may include at least one tank (10 to 15).
  • the water tanks 10 to 15 are structures and devices that can accommodate the liquid materials needed to produce the sculpture.
  • the water tanks 10 to 15 are formed in a rectangular parallelepiped shape with an open top surface, and an accommodation space s is formed therein, and a liquid material may be stored in the storage space s.
  • the water tank (10 to 15) may be composed of a fluororesin film, the liquid material contained in the storage space (s) may include a cured resin or resin (material dissolving the photocurable plastic), which is cured by ultraviolet rays.
  • the curable resin or resin may be disposed within the baths 10 to 15 as any material that can be cured by ultraviolet light is merely an example of a liquid material.
  • the water tanks 10 to 15 may be arranged at the same height as each other, and the arrangement in which the water tanks 10 to 15 are arranged and the number of the water tanks 10 to 15 may be determined according to the type and number of liquid materials.
  • each of the tanks 10 to 15 included in the three-dimensional printer 100 accommodates a liquid material of different colors, a liquid material of different materials, and a cleaning agent for cleaning the liquid material.
  • the number, arrangement, and location of the bath may be determined based on the type and color of the liquid material, the number of cleaning agents, and the like.
  • the plurality of tanks 10 to 15 may be disposed in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the tanks 10 to 15 may be disposed in the three-dimensional printer 100 so as to accommodate the liquid materials having the respective colors, and the six tanks ( 10 to 15 may be arranged in the X-axis direction, two in the Y-axis direction of the three-dimensional printer 100 at the same height.
  • a total of eight tanks 10 to 15 may be disposed in the three-dimensional printer.
  • the three-dimensional printer 100 may be arranged in four in the X-axis direction, two in the Y-axis direction.
  • the 3D printer 100 may include a washing unit (not shown).
  • the molding stage 35 which will be described later, may have a residual liquid material when it moves into a predetermined tank 11 to 15 and then moves to another tank 11 to 15, and a washing unit (not shown) It serves to remove.
  • the washing unit may be disposed between the pair of water tanks 11 to 15 adjacent to each other or on the outer surface of the water tanks 11 to 15, and removes the liquid material remaining in the molding stage 35 to be described later. Any configuration may be used, for example, a configuration for spraying compressed air using a compressor or the like is also applicable to a washing unit (not shown).
  • the three-dimensional printer 100 may include a stage transfer unit 20 for supporting the molding stage 35 so that the molding stage is movable in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the stage transfer unit 20 may include a pair of moving frames 16 and 17, and the first axis guide rod 21 extending from one of the pair of moving frames 16 and 17 to the other. It may include at least one.
  • the pair of moving frames 16 and 17 may be arranged to face both sides of the tank described above, and the upper end of each of the pair of moving frames 16 and 17 is located at a position higher than the tanks 10 to 15.
  • Each of the moving frames 16 and 17 may move along the second shaft guide rod 22 and the third shaft guide rod 23, which will be described later.
  • the molding stage 35 may be a slide movement along the first guide rod (21).
  • a through hole (not shown) may be formed in the molding stage 35, and the first shaft guide rod 21 to be described later may be penetrated through the through hole.
  • the molding stage 35 fastened to the first shaft driving belt 22 moves along the first shaft guide rod 21.
  • the molding stage 35 has a first stage when the driving belt 22 is wound around a pair of first shaft pulleys 25 and 26 to rotate as described above.
  • the moving frame 16 moves toward the second moving frame 17 or the second moving frame 17 toward the first moving frame 16.
  • the stage transfer unit 20 may include a second shaft guide rod 22, a third shaft guide rod 31, the molding stage 35, the second shaft guide rod 22 and the third shaft guide. A slide movement can be performed along the rod 31.
  • the second shaft guide rod 22 is penetrated to the first moving frame 16 disposed on the left side of both ends of the first shaft guide rod 21 in the longitudinal direction, and the length of the first shaft guide rod 21 is extended.
  • the third shaft guide rod 31 is penetrated to the second movable frame 17 disposed at the right side of the both ends, and the first movable frame 16 and the second movable frame 17 are connected to the second shaft guide rod ( 22) and the slide along the third shaft guide rod 31, through which the molding stage 35 is also moved along the second shaft guide rod 22 and the third shaft guide rod (31).
  • the three-dimensional printer 100 may include at least one position adjustment motor (36, 37).
  • the position control motors 36 and 37 are configured to supply mechanical energy to rotate the pulleys 25, 26, 27 28 and the drive belts 23 and 24 by receiving electrical energy.
  • the first position adjusting motor 36 may be disposed on any one of the first moving frame 16 and the second moving frame 17.
  • the first shaft left pulley 25 is rotated.
  • the motor 36 is disposed on the second moving frame 17, the first shaft right pulley 26 is rotated.
  • the first shaft driving belt 23 mounted on the first shaft left pulley 25 and the first right pulley 26 is also rotated together.
  • the second position control motor 37 may be disposed in a predetermined position, the power generated in the second position control motor 37 is transmitted to the second shaft pulleys 27 and 28, respectively, the second shaft pulley
  • the second shaft driving pulleys 27 and 28 and the second shaft driving belt 24 mounted on the 27 and 28 also rotate together, and finally, the first moving frame 16 and the second moving frame 17.
  • the second shaft guide rod 22 and the third shaft guide rod 31 are moved along.
  • the 3D printer 100 may include a pair of actuators 32 and 33 and two pairs of vertical guide rods 38 and 39.
  • Each actuator (32, 33) is a configuration for adjusting the height of the configuration connected to the actuators (32, 33) using the LM guide and ball screw, the position of a specific configuration using the actuators (32, 33) Since the principle is known content will not be described in detail.
  • the three-dimensional printer 100 may adjust the heights of the second shaft guide rods 22 and the third shaft guide rods 31 by a pair of actuators 32 and 33. Through the molding stage 35 is also height is adjusted together.
  • the left actuator 32 is disposed between the pair of left vertical guide rods 38, is disposed at the center of both ends of the longitudinal direction of the second shaft guide rod 22,
  • the right actuator 33 is a pair Disposed between the right vertical guide rods 39 of the second shaft guide rods 31 and in the center of the longitudinal ends of the third shaft guide rods 31, respectively, of the second shaft guide rods 22 and the third shaft guide rods 31, respectively. You can adjust the height.
  • the 3D printer 100 may include a molding stage 35.
  • the molding stage 35 is a configuration in which a molded article finished by curing the ink is attached, and the shape of the molding stage 35 may be formed in a shape most suitable for attaching the molded article.
  • the axial cross section of each of the tanks 11 to 15 parallel to the ground is formed in a quadrangle, and the molding stage 35 is formed into each of the tanks 11 to 15.
  • the molding stage 35 may be formed in a bottom axial cross-sectional rectangle.
  • the molding stage 35 of the rectangular plate shape is only one embodiment of the present invention, when the three-dimensional printer 100 according to one embodiment of the present invention includes a water tank formed in a circular cross section parallel to the ground molding stage 35 may also be formed in a cylindrical shape.
  • the molding stage 35 may be provided to be elevated in the vertical direction, the lower part may be a molded product, the molding stage 35 is lowered and disposed close to the bottom of the water tank (11 to 15)
  • the liquid material is cured by the light irradiated from the light irradiation unit 41 and the molding stage is molded again when the molded article is molded in the lower part of the molding stage 35. The position rises.
  • the 3D printer 100 may include a light irradiation part 41.
  • the light irradiation part 41 is a structure for hardening the liquid material arrange
  • the light irradiator 41 may be configured to emit a sufficient amount of light to each of the tanks 11 to 15.
  • a plurality of light emitting diodes (LEDs) irradiating light between 390 nm and 420 nm may be XY. It may be a configuration arranged in an axis.
  • LEDs light emitting diodes
  • the light irradiation unit 41 is composed of a plurality of light emitting diodes (LEDs), unlike conventional projectors, light having the same brightness may be irradiated toward the tanks 11 to 15 in all areas.
  • the light irradiation part 41 may be disposed with the light irradiation part 41 corresponding to each of the tanks (11 to 15), one light corresponding to the sum of the cross-sectional area in the XY axis direction of all the tanks (10 to 15)
  • the irradiation unit 41 may be formed, and the predetermined water tanks 11 to 15 may be formed as a group, and the light irradiation unit 41 corresponding to each group may be disposed.
  • the three-dimensional printer 100 includes one light irradiating portion 41 corresponding to the XY axis cross-sectional areas of all the tanks 10 to 15, and light to all the tanks 10 to 15. Although it is formed in a form that can be irradiated, the switching unit 43 to be described later can selectively transmit the light irradiated to the respective tanks (11 to 15) from the light irradiation unit (41).
  • the three-dimensional printer 100 may include a support 42.
  • the support 42 may be made of a glass material having good light transmittance as a configuration for reinforcing the strength of the switching unit 43.
  • the support part 42 may be made of a material that is relatively soft and malleable than the switching part 43 to be described later, and may be made of a material that is not damaged even when a stronger impact, shear force, and tensile force are applied than the switching part 43.
  • the support part 42 may be attached to the lower part of the switching part 43, so that the switching part 43 is not damaged even if a force enough to damage the switching part 43 is applied to the switching part 43. Strength can be reinforced in the portion 43.
  • the support portion 42 is a transparent material that can transmit light, and may be formed of die mesh glass, transparent plastic, or the like, and the die mesh glass, transparent plastic, or the like is only an example of the support portion 42 and transmits light. Any configuration of a transparent material that can be made can be applied to the support 42.
  • the 3D printer 100 may include a switching unit 43.
  • the switching unit 43 is disposed on the bottom surface of the water tanks 11 to 15 in the axial direction (XY axis direction) cross-sectional image of the molded article to be molded in the water tanks 11 to 15 among the light irradiated from the light irradiation unit 41. Corresponding light can be selectively passed through.
  • the switching unit 43 may be configured as a liquid crystal display (LCD), and the light irradiated from the light irradiating unit 41 may pass through the liquid crystal display device or may not pass through the liquid crystal display device. It may not be possible, and since the operation of the liquid crystal display is well known, it will not be described in detail.
  • LCD liquid crystal display
  • Figure 4 is a plan view showing the configuration of a three-dimensional printer 200 according to another embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a front view showing the configuration of a three-dimensional printer 300 according to another embodiment of the present invention to be.
  • the water tank (10 to 15) may be arranged in a circle so as to be rotatable based on the central axis (C) at the same height with each other, the water tank (10 to 15)
  • a rotating motor (not shown) may be disposed on the central axis C of the.
  • the three-dimensional printer when the molding is completed using a specific material, is the tank (11 to 15) in which the material is stored in the molding stage 35 Move to the bottom of the), the molding stage 35 is raised and lowered on the upper portion of the water tank (11 to 15) disposed on the bottom to complete the molding.
  • the water tank (10 to 15) is arranged in the vertical direction from each other, it can be selectively moved to the lower portion of the molding stage (35).
  • the tank (10 to 15) can be arranged in the form of a drawer, the support portion 42 for each of the tank (10 to 15) ) And the switching unit 43 may be disposed below each of the tanks 10 to 15, and the light irradiation unit 41 may also be disposed below the switching unit 43.
  • the support 42 and the switching unit 43 disposed below the respective tanks 10 to 15 can also move together.
  • one side of the water tank (10 to 15) may be any one of an actuator, a motor, a hydraulic cylinder and a pneumatic cylinder.
  • FIG. 6 is a view showing the principle that the color of the voxel constituting the molding, which is output by the three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention is formed.
  • pixels ' In a two-dimensional image, these small squares, the smallest unit of an image, are called ' pixels '.
  • the quality of a picture is determined by how many pixels a picture is represented.
  • the color of a pixel is determined by the combination of three colors of RGB.
  • the image generated by the three-dimensional printer is a three-dimensional image, unlike the simple pixel on the plane, uses the concept of voxel that extends the pixel in three dimensions. That is, when one molded article is formed of relatively many voxels, the molded article becomes a more precise and higher quality molded article.
  • the color of the voxel is changed not only according to the color included in the voxel, but also according to the position of the color and the direction in which the voxel is viewed by the person. do. Therefore, in order to determine the color of a particular voxel, the color included in the voxel and the position of the color included in the voxel must be determined.

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Abstract

본 발명은 3차원 프린터에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예는 여러 개의 수조를 포함하며, 수조 속에 저장된 다양한 다양한 색 및 다양한 재료를 이용하여 성형품을 제작할 수 있다.

Description

3차원 프린터
본 발명은 3차원 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다색 다재료 적층이 가능한 3차원 프린터에 관한 것이다.
3차원 프린터란, 컴퓨터 프로그램으로 만든 3차원 도면을 바탕으로 실물의 입체 모양, 즉, 조형물을 그대로 찍어내는 장치를 의미하는 것으로써, 사용되는 원료의 종류에 따라 고체 필라멘트를 원료로 사용하는 FDM(Fused Deposiotion Modeling)방식, 액체의 원료를 사용하는 DLP(Digital Light Processing)방식, 파우더 형태의 원료를 사용하는 SLS(Selective Laser Sintering)방식 등으로 분류된다.
상술한 DLP방식의 3차원 프린터의 경우, 미세형상을 구현하는데 용이하여 근래에 널리 사용되고 있다. DLP방식의 3차원 프린터에는 자외선에 의해 경화되는 물질인 UV(Ultraviolet Ray) 경화수지가 원료로 이용되고 있으며, 일반적으로 UV경화수지를 담은 수지저장부, 수지저장부에 자외선을 조사하는 광조사부 및 광조사부에서 경화된 수지가 적층되는 기판부를 포함하며, 대표적인 예로 한국특허등록번호 제10-1647799호에서 DLP방식의 3차원 프린터를 도시하고 있다.
하지만, 상술한 DLP방식의 3차원 프린터의 경우 한가지 재질 및 한가지 색상의 성형품만을 생성할 수 있다는 점에서 문제점이 있었다.
따라서 상술된 문제점을 해결하기 위한 기술이 필요하게 되었다.
한편, 전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명의 일실시예는 3차원 프린터를 제시하는 데에 목적이 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일측면에 따르면 본 발명은 내부에 액체 재료가 저장된 복수의 수조, 상기 복수의 수조의 하부에 배치되어, 빛을 조사하는 광조사부 및 상기 수조의 저면에 배치되어 상기 광조사부로부터 조사된 빛 중 상기 수조에서 조형될 성형품의 축방향 단면이미지에 대응되는 빛을 통과시키는 스위칭부 및 상하방향으로 승강가능하게 구비되며, 하부에 성형품이 조형되는 조형스테이지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터는 광경화성 서로 다른 액상 수지를 공급하는 수조를 여러 개 포함하여, 다양한 성형품을 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터는 각 수조마다 광원을 설치하는 것이 아니라 한 개의 LCD만으로 여러 개의 수조에 담긴 여러 재료를 경화시킬 수 있도록 설계되어 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터는 출력물을 색을 구현하는 기본 유닛을 복셀로 구성하여 기존의 3차원 프린터에 비해 다양한 색의 조형물을 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터는 여러 개의 수조를 포함하여 다색 다재료의 성형품을 제작할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 의해 생성된 성형품은 여러 가지 색상을 이용하여 복셀을 형성하는데, 색상의 배치 구조에 따라 복셀 자체의 색상이 변경될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 포함된 수조 중 어느 하나에는 세정제가 수납될 수 있으며, 이웃한 수조 사이에 세정부가 배치되어 성형품을 세정시킬 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 구성을 나타낸 정시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 3차원 프린터의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 3차원 프린터의 구성을 나타낸 정면도이다.
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 의해 출력된, 성형물을 구성하는 복셀의 색깔이 형성되는 원리를 나타내낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에서 방향을 나타내는 "좌측" 및 "우측"이라는 용어는 도 3에서 특정 구성의 위치를 나타내는 용어로써, 실제 해당 구성이 좌측 및 우측에 배치됨을 의미하는 것은 아니다.
도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예인 3차원 프린터(100)에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터(100)의 구성을 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터(100)의 구성을 나타낸 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터(100)의 구성을 나타낸 정면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터(100)는 적어도 하나의 수조(10 내지 15)를 포함할 수 있다. 수조(10 내지 15)는 조형물 생성을 위해 필요한 액체 재료를 수납할 수 있는 구성 및 장치이다.
수조(10 내지 15)는 상면이 개방된 직육면체 형상으로 형성되며, 내부에는 수납공간(s)이 형성되고, 수납공간(s)에는 액체 재료가 수납될 수 있다. 수조는(10 내지 15)는 불소 수지 필름으로 구성될 수 있는데, 수납공간(s) 내부에 수납되는 액체 재료는 자외선에 의해 경화되는 경화 수지 또는 레진(광경화성 플라스틱을 용해시킨 물질) 등이 포함될 수 있으며, 경화 수지 또는 레진은 액체 재료의 예시일 뿐 자외선에 의해 경화될 수 있는 어떠한 재료든 수조(10 내지 15) 내부에 배치될 수 있다.
한편, 수조(10 내지 15)는 서로 동일한 높이에 배열될 수 있으며, 수조(10 내지 15)가 배치되는 배열 및 수조(10 내지 15)의 개수는 액체 재료의 종류 및 개수에 따라 결정될 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터(100)에 포함된 각각의 수조(10 내지 15)에는 서로 다른 색깔의 액체 재료 및 서로 다른 재질의 액체 재료 및 액체 재료를 세척하는 세정제가 수납될 수 있는데, 액체 재료의 종류 및 색상, 세정제의 개수 등에 기초하여 수조의 개수, 배열 및 위치가 결정될 수 있다. 예를 들어 도1 내지 3에 도시된 바에 따르면, 복수의 수조(10 내지 15)는 X축 방향 및 Y축 방향으로 배치될 수 있다.
구체적으로 도1에 도시된 바와 같이 세정제 없이 6가지 색깔 (예를 들어, 빨강(Magenta), 노랑(Yellow), 파랑(Cyan), 검정(Black), 흰색(White) 및 투명(Transparent)색)의 액체 재료만으로 성형품을 완성할 수 있는 경우, 수조(10내지 15)는 각각의 색채를 가진 액체 재료를 수납할 수 있도록 6개가 3차원 프린터(100) 내부에 배치될 수 있으며, 6개의 수조(10 내지 15)는 동일한 높이에서 3차원 프린터(100)의 X축 방향으로 3개, Y축 방향으로 2개씩 배치될 수 있다. 그리고 또 다른 예시로 성형품을 출력하기 위해서, 6개의 액체 재료에 또 다른 색상을 가진 액체 재료 한 가지 및 세정제 한가지가 필요한 경우 수조(10 내지 15)는 총 8개가 3차원 프린터 내에 배치될 수 있으며, 3차원 프린터(100)의 X축 방향으로 4개씩, Y축 방향으로 2개씩 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예인3차원 프린터(100)는 세척부(미도시)를 포함할 수 있다.
후술할 조형스테이지(35)는 소정의 수조(11 내지 15) 내로 이동하였다가 다른 수조(11 내지 15)로 이동하는 경우 잔류 액체 재료가 있을 수 있는데 세척부(미도시)는 이러한 잔류 액체 재료를 제거하는 역할을 한다.
세척부(미도시)는 서로 이웃한 한 쌍의 수조(11 내지 15) 사이 또는 수조(11 내지 15)의 외측면에 배치될 수 있고, 후술할 조형스테이지(35)에 잔류하는 액체 재료를 제거하기 위한 어떠한 구성이든 가능한데, 예를 들면, 컴프레셔 등을 이용하여 압축공기를 분사하는 구성도 세척부(미도시)에 적용가능하다.
이때, 조형스테이지(35)의 저면에 수직하게 압축공기를 분사하는 경우 잔류하는 액체 연료가 조형스테이지(35)의 외부로 배출되지 않을 가능성이 있으므로, 조형스테이지(35)의 저면에 비스듬한 방향으로 압축공기를 분사할 수 있다.
한편, 3차원 프린터(100)는 조형스테이지가 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동가능하도록 상기 조형스테이지(35)를 지지하는 스테이지이송부(20)를 포함할 수 있다.
스테이지이송부(20)는 한 쌍의 이동프레임(16, 17)을 포함할 수 있으며, 한 쌍의 이동프레임(16, 17) 중 어느 하나로부터 다른 하나까지 연장되는 제1축가이드봉(21)을 적어도 하나 포함할 수 있다.
우선, 한 쌍의 이동프레임(16, 17)은 전술한 수조의 양측에 대향되도록 배치될 수 있으며, 한 쌍의 이동프레임(16, 17) 각각의 상단은 수조(10 내지 15)보다 높은 위치에 위치할 수 있으며, 각각의 이동프레임(16, 17)은 제2축가이드봉(22) 및 제3축가이드봉(23)을 따라 이동할 수 있는데 이에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 조형스테이지(35)는 제1가이드봉(21)을 따라 슬라이드운동을 할 수 있다.
구체적으로 조형스테이지(35)에는 관통공(미도시)이 형성될 수 있으며, 관통공에는 후술할 제1축가이드봉(21)이 관통결합될 수 있다. 제1축 구동벨트(22)가 회전함에 따라 제1축 구동벨트(22)에 체결된 조형스테이지(35)는 제1축 가이드봉(21)을 따라 이동하게 된다.
구체적으로 도1내지 도3에 도시된 바에 따르면, 조형스테이지(35)는 전술한 바와 같이 구동벨트(22)가 한 쌍의 제1축풀리(25, 26)에 감겨 회전운동을 하게 되면 제1이동프레임(16)에서 제2이동프레임(17)을 향해, 또는 제2이동프레임(17)에서 제1이동프레임(16)를 향해 이동하게 된다.
또한, 스테이지이송부(20)는 제2축가이드봉(22)은 제3축가이드봉(31)을 포함할 수 있는데, 조형스테이지(35)는 제2축가이드봉(22) 및 제3축가이드봉(31)을 따라 슬라이드운동을 할 수 있다.
구체적으로 제1축가이드봉(21)의 길이방향 양단 중 좌측에 배치된 제1이동프레임(16)에는 제2축가이드봉(22)이 관통결합되고, 제1축가이드봉(21)의 길이방향 양단 중 우측에 배치된 제2이동프레임(17)에는 제3축가이드봉(31)이 관통결합되는데, 제1이동프레임(16) 및 제2이동프레임(17)이 제2축가이드봉(22) 및 제3축가이드봉(31)을 따라 슬라이드운동하게 되고, 이를 통해 조형스테이지(35)도 제2축가이드봉(22) 및 제3축가이드봉(31)을 따라 이동하게 된다.
한편, 본 발명의 일실시예인 3차원 프린터(100)는 적어도 하나의 위치조절모터(36, 37)를 포함할 수 있다. 위치조절모터(36, 37)는 전기 에너지를 공급받아 풀리(25, 26, 27 28) 및 구동벨트(23, 24)를 회동시킬 수 있도록 기계적 에너지를 공급하는 구성이다.
구체적으로 도1 내지 도3에 도시된 바에 따르면, 제1위치조절모터(36)는 제1이동프레임(16) 및 제2이동프레임(17) 중 어느 하나에 배치될 수 있는데, 제1위치조절모터(36)가 제1이동프레임(16)에 배치되는 경우 제1축좌측풀리(25)를 회동시키게 되고, 제2이동프레임(17)에 배치되는 경우 제1축우측풀리(26)를 회동시키게 되며, 제1축좌측풀리(25) 및 제1우측풀리(26)에 거치된 제1축구동벨트(23)도 함께 회동하게 된다.
또한, 제2위치조절모터(37)는 소정의 위치에 배치될 수 있는데, 제2위치조절모터(37)에서 발생한 동력은 제2축풀리(27, 28)에 각각 전달되어, 제2축풀리(27, 28)에 거치된 제2축구동풀리(27, 28) 및 제2축구동벨트(24)도 함께 회동하게 되며, 최종적으로 제1이동프레임(16) 및 제2이동프레임(17)이 제2축가이드봉(22) 및 제3축가이드봉(31)을 따라 이동하게 된다.
한편, 본 발명의 일실시예인 3차원 프린터(100)는 한 쌍의 액추에이터(32, 33) 및 두 쌍의 수직가이드봉(38, 39)을 포함할 수 있다. 각각의 액츄에이터(32, 33)는 LM가이드 및 볼 스크류를 이용하여 액츄에이터(32, 33)와 연결된 구성의 높낮이를 조절하기 위한 구성인데, 액츄에이터(32, 33)를 이용하여 특정 구성의 위치를 조절하는 원리는 공지된 내용이므로 구체적으로 설명하지 않도록 하겠다.
본 발명의 일실시예인 3차원 프린터(100)는 한 쌍의 액츄에이터(32, 33)에 의해 제2축가이드봉(22) 및 제3축가이드봉(31)의 높이가 조절될 수 있으며, 이를 통해 조형스테이지(35)도 함께 높이가 조절되게 된다. 구체적으로, 좌측액츄에이터(32)는 한 쌍의 좌측수직가이드봉(38) 사이에 배치되되, 제2축가이드봉(22)의 길이방향 양단의 중앙에 배치되고, 우측액츄에이터(33)는 한 쌍의 우측수직가이드봉(39) 사이에 배치되되, 제3축가이드봉(31)의 길이방향 양단의 중앙에 배치되어, 각각 제2축가이드봉(22) 및 제3축가이드봉(31)의 높이를 조절할 수 있다.
한편 본 발명의 일실시예인 3차원 프린터(100)는 조형스테이지(35)를 포함할 수 있다.
조형스테이지(35)는 잉크가 경화되어 완성된 성형품이 부착되는 구성으로써, 조형스테이지(35)의 형상은 성형품이 부착되기에 가장 적합한 형상으로 형성될 수 있다.
구체적으로 도 1에 도시된 바에 따르면, 지면과 평행한 각각의 수조(11 내지 15)의 축방향 단면이 사각형으로 형성되어 있고, 각각의 수조(11 내지 15)의 내부로 조형스테이지(35)가 진입하여 성형품을 부착하기 위한 최적의 형상으로써 조형스테이지(35)의 저면 축방향 단면도 사각형으로 형성될 수 있다.
그리고 이러한 사각 판상 형태의 조형스테이지(35)는 본 발명의 일실시예일 뿐이고, 본 발명의 일실시예인 3차원 프린터(100)가 지면과 평행한 단면이 원형으로 형성된 수조를 포함하는 경우에는 조형스테이지(35) 또한 원기둥 형상으로 형성될 수 있다.
더 구체적으로, 조형스테이지(35)는 상하방향으로 승강가능하게 구비될 수 있으며, 하부에는 성형품이 조형될 수 있는데, 조형스테이지(35)가 하강하여 수조(11 내지 15)의 바닥에 근접하여 배치되는 경우, 광조사부(41)는 수조를 향해 빛을 조사하게 되고, 광조사부(41)에서 조사된 빛에 의해 액체 재료가 경화되어 조형스테이지(35)의 하부에 성형품이 조형되면 조형스테이지는 다시 위치가 상승하게 된다.
한편, 본 발명의 일실시예인 3차원 프린터(100)는 광조사부(41)을 포함할 수 있다.
광조사부(41)은 각각의 수조(11 내지 15)의 하부에 배치되어 수조(11 내지 15) 내부에 수납되어 있는 액체 재료를 경화시키기 위한 구성이다.
광조사부(41)은 각각의 수조(11 내지 15)에 충분한 양의 빛을 발산할 수 있도록 구성될 수 있는데, 예를 들어 390nm에서 420nm 사이의 빛을 조사하는 복수의 발광다이오드(LED)가 X-Y축으로 배열된 구성일 수 있다. 광조사부(41)가 복수의 발광다이오드(LED)로 구성되는 경우 기존의 프로젝터와 달리 모든 면적에서 동일한 밝기의 빛을 수조(11 내지 15)를 향해 조사할 수 있다.
구체적으로 광조사부(41)은 각각의 수조(11 내지 15)에 대응되는 광조사부(41)가 배치될 수도 있고, 모든 수조(10 내지 15)의 X-Y축 방향 단면적의 합에 대응하는 하나의 광조사부(41)으로 형성될 수도 있으며, 소정의 수조(11 내지15)를 그룹으로 형성하고 각 그룹에 대응하는 광조사부(41)가 배치될 수도 있다.
도2에 도시된 바에 따르면, 3차원 프린터(100)는 모든 수조(10 내지 15)의 X-Y축방향 단면적에 대응되는 하나의 광조사부(41)를 포함하며, 모든 수조(10 내지 15)에 빛을 조사할 수 있는 형태로 형성되어 있는데, 후술할 스위칭부(43)가 광조사부(41)으로부터 각각의 수조(11 내지 15)에 조사되는 빛을 선택적으로 투과시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예인 3차원 프린터(100)는 지지부(42)를 포함할 수 있다.
지지부(42)는 스위칭부(43)의 강도를 보강하기 위한 구성으로 빛투과성이 좋은 유리재질로 구성될 수 있다. 지지부(42)는 후술할 스위칭부(43)보다 상대적으로 연성 및 전성이 재질일 수 있으며, 스위칭부(43)보다 더 강한 충격, 전단력 및 인장력이 가해지더라도 파손되지 않는 재질로 구성될 수 있다. 지지부(42)는 스위칭부(43)의 하부에 부착될 수 있는데, 이를 통해 스위칭부(43)가 파손될 정도의 힘이 스위칭부(43)에 가해지더라도, 스위칭부(43)가 파손되지 않도록 스위칭부(43)에 강도를 보강할 수 있다.
또한, 지지부(42)는 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로써, 다이망 유리, 투명 플라스틱 등으로 형성될 수도 있으며, 다이망 유리, 투명 플라스틱 등은 지지부(42)의 예시일 뿐이고, 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질인 어떠한 구성도 지지부(42)에 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예인 3차원 프린터(100)는 스위칭부(43)를 포함할 수 있다.
스위칭부(43)는 수조(11 내지 15)의 저면에 배치되어 상기 광조사부(41)로부터 조사된 빛 중 상기 수조(11 내지 15)에서 조형될 성형품의 축방향(X-Y축 방향) 단면이미지에 대응되는 빛을 선택적으로 통과시킬 수 있다.
구체적으로, 스위칭부(43)는 액정표시장치(LCD)로 구성될 수 있는데, 액정표시장치의 통전여부에 따라 광조사부(41)로부터 조사된 빛이 액정표시장치를 통과할 수도 있고, 통과하지 못할수도 있으며, 액정표시장치의 동작방식과 관련해서는 공지된 사실이므로 구체적으로 기술하지 않기로 한다.
한편, 이하에서는 도3 및 도4를 이용하여 본 발명의 또 다른 실시예인 3차원 프린터(200)의 구성에 대해서 기술하기로 한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 3차원 프린터(200)의 구성을 나타낸 평면도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 3차원 프린터(300)의 구성을 나타낸 정면도이다.
이하에서 기술하는 본 발명의 또 다른 실시예들은 추가적인 기술이 없는 한 전술한 본 발명의 일실시예인 3차원 프린터(200, 300)에 포함된 구성이 모두 포함된 것으로 본다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 프린터는, 수조(10 내지 15)가 서로 동일한 높이에, 중심축(C)을 기준으로 회동가능하도록 원형으로 배치될 수 있으며, 수조(10 내지 15)의 중심축(C)에는 회동모터(미도시)가 배치될 수 있다.
구체적으로 도4에 도시된 바와 같이, 특정 재료를 이용하여 성형물을 완성하는 경우, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 프린터는 해당 재료가 수납된 수조(11 내지 15)가 조형스테이지(35)의 하부로 이동하게 되고, 조형스테이지(35)가 하부에 배치된 수조(11 내지 15)의 상부에서 승하강하며 성형물을 완성하게 된다.
회동모터를 이용하여 원형구조물을 회동시키는 원리와 관련해서는 공지의 내용이므로 구체적으로 기술하지 않기로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 프린터는, 수조(10 내지 15)가 서로 상하 방향으로 배열되되, 선택적으로 조형스테이지(35)의 하부로 이동할 수 있다.
구체적으로 도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 프린터는 수조(10 내지 15)는 서랍장 형식으로 배치될 수 있는데, 각각의 수조(10 내지 15) 별로 지지부(42) 및 스위칭부(43)가 각각의 수조(10 내지 15) 하부에 배치될 수 있으며, 스위칭부(43) 하부에는 광조사부(41)도 각각 배치될 수 있다. 각각의 수조(10 내지 15)가 선택적으로 조형스테이지(35) 하부로 이동하면 각각의 수조(10 내지 15)의 하부에 배치된 지지부(42) 및 스위칭부(43)도 함께 이동할 수 있으며, 수조(10 내지 15)를 이동시키기 위해서, 수조(10 내지 15)의 일측에는 액츄에이터, 모터, 유압실린더 및 공압실린더 중 어느 하나가 배치될 수도 있다.
이하에서는, 도6을 이용하여 본 발명의 일실시예인 3차원 프린터(100, 200, 300)가 제작한 성형품의 특징에 대해서 기술한다. 도6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 의해 출력된, 성형물을 구성하는 복셀의 색깔이 형성되는 원리를 나타내낸 도면이다.
2차원 이미지에 있어서, 이미지를 이루는 가장 작은 단위인 이 네모 모양의 작은 점들을 '픽셀(Pixel)'이라고 하는데, 하나의 그림을 얼마나 많은 픽셀에 의해 구현하느냐에 따라 그림의 품질이 결정된다. 픽셀의 색깔은 RGB 세가지 색의 조합에 의해 해당 픽셀의 색이 결정된다.
그런데 3차원 프린터에 의해 생성되는 이미지는 3차원 이미지로써, 단순히 평면상의 픽셀과 달리, 픽셀을 3차원으로 확장한 복셀이라는 개념을 사용한다. 즉, 하나의 성형품이 상대적으로 많은 복셀에 의해 성형품을 구성되면 해당 성형품은 더욱 정밀하고 높은 품질의 성형품이 된다.
그런데 도6에 도시된 바와 같이, 복셀은 3차원의 단위이므로, 복셀을 결정하기 위해서는 해당 복셀에 포함되는 색상뿐만 아니라 색상의 위치 및 해당 복셀을 사람이 바라보는 방향에 따라서 복셀의 색이 변경되게 된다. 따라서, 특정 복셀의 색깔을 결정하기 위해서는 해당 복셀에 포함되는 색상 및 복셀에 포함되는 색상의 위치까지 결정되어야 한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 내부에 액체 재료가 저장된 복수의 수조;
    상기 복수의 수조의 하부에 배치되어, 빛을 조사하는 광조사부; 및
    상기 수조의 저면에 배치되어 상기 광조사부로부터 조사된 빛 중 상기 수조에서 조형될 성형품의 축방향 단면이미지에 대응되는 빛을 통과시키는 스위칭부; 및
    상하방향으로 승강가능하게 구비되며, 하부에 성형품이 조형되는 조형스테이지를 포함하는 3차원 프린터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수조 중 서로 이웃한 수조 사이에는,
    공기를 토출하는 세척부를 포함하여, 상기 조형스테이지 하부에 조형된 성형품의 불순물을 제거하는 3차원 프린터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 수조는,
    X축 및 Y축 방향으로 배치되며,
    상기 3차원 프린터는,
    상기 조형스테이지가 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동가능하도록 상기 조형스테이지를 지지하는 스테이지이송부를 포함하는 3차원 프린터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    액정 표시 장치로 구성되는 3차원 프린터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭부의 저면에는,
    상기 지지부가 배치되어 상기 스위칭부의 강도를 보강하는 3차원 프린터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광조사부는,
    X축 및 Y축으로 배열된 복수의 발광다이오드로 구성되는 3차원 프린터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수조는,
    서로 동일한 높이에, 중심축을 기준으로 회동가능하도록 원형으로 배치되며,
    상기 3차원 프린터는,
    상기 원형으로 배치된 복수의 수조를 회동시키는 회동부를 포함하는 3차원 프린터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수조는,
    서로 상하 방향으로 배열되되, 선택적으로 조형스테이지의 하부로 이동되는 3차원 프린터.
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