WO2020166755A1 - 3d프린터 - Google Patents

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WO2020166755A1
WO2020166755A1 PCT/KR2019/002404 KR2019002404W WO2020166755A1 WO 2020166755 A1 WO2020166755 A1 WO 2020166755A1 KR 2019002404 W KR2019002404 W KR 2019002404W WO 2020166755 A1 WO2020166755 A1 WO 2020166755A1
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WO
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unit
exposure
molding
discharge
coating
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/002404
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English (en)
French (fr)
Inventor
이병극
이광민
송원의
박민수
Original Assignee
주식회사 캐리마
서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 주식회사 캐리마, 서울과학기술대학교 산학협력단 filed Critical 주식회사 캐리마
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    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
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    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing

Definitions

  • the present invention relates to a 3D printer, and more particularly, to a 3D printer capable of continuously forming a single molded article using various materials.
  • the 3D printers are divided into FDM (Fused Deposition Modeling) method and DLP (Digital Light Processing) method according to the method of molding.
  • the FDM (Fused Deposition Modeling) method is a method in which a filament-type thermoplastic material is melted in a nozzle and discharged into a thin film, and the printout is of low quality but can be molded using various materials.
  • the DLP (Digital Light Processing) method is a method of photocuring with ultraviolet rays that liquid resin can react in a water tank containing a photocurable resin. The surface quality is excellent, but when a molded product is made using various materials, the molding speed is very slow.
  • a mixed-use method has been developed in which photocurable resins are discharged by the FDM (Fused Deposition Modeling) method and cured by ultraviolet rays for molding.
  • a 3D printer for achieving the object of the present invention includes: a modeling plate supporting a molded article formed by layering a plurality of unit stacking units step by step; A discharge unit for forming the unit laminated portions by applying a photocurable resin on the molding plate; An exposure unit for photocuring molding by exposing the unit laminated portion; A driving unit configured to perform a coating lamination operation and an exposure operation by relative motion of the molding plate and the discharge unit, and the molding plate and the exposure unit; And a control unit for controlling the discharge unit, the exposure unit, and the driving unit so that the exposure operation is sequentially performed after a coating operation is performed on a coating area wider than the exposure molding area of each unit laminate based on the molding data of the molding. Include.
  • the photocurable resin Since the photocurable resin is applied and laminated while covering at least the exposure molding area, and only the exposure molding area is exposed and molded, the photocurable resin is discharged by the FDM (Fused Deposition Modeling) method and only the exposure molding area is discharged by the DLP (Digital Light Processing) method. Due to exposure, it has a rapid molding speed and excellent molding quality can be achieved.
  • FDM Field Deposition Modeling
  • DLP Digital Light Processing
  • the exposure molding area is composed of a plurality of detailed areas formed of photocurable resins of different physical properties
  • the discharge unit includes a plurality of ejection nozzles for discharging photocurable resins of different physical properties and controlling the ejection of the ejection nozzles.
  • Having a discharge valve is preferable because photocurable resins of different physical properties can be coated and laminated, so that a single molded product can be formed from various materials such as color, material, and viscosity.
  • a photocurable resin can be accurately coated and laminated on the coating area including the exposure molding area. It is preferable because the photocurable resin can be accurately photocured and the uncured photocurable resin in the outer non-exposed area can be recovered.
  • a planarization blade for flattening the surface of the unit laminated portion and a blade driving unit for performing a planarization operation by driving the planarization blade includes the blade so that the planarization operation is performed between the coating operation and the exposure operation. If the driving unit is controlled, it is possible to flatten the surface of the unit-laminated unit coated and laminated on the modeling plate, so that photocuring can be performed at an accurate distance, and thus molding quality can be improved.
  • control unit controls the driving unit and the exposure unit to perform pre-cure exposure between the coating operation and the planarization operation
  • the photocurable resin discharged to the modeling plate is pre-cured. It is desirable because the work can be made more smoothly.
  • the discharging unit, the exposure unit, and the driving unit are sequentially moved between the working position and the rest position with respect to the modeling plate, so that the coating operation, the planarization operation, and the exposure operation can be performed sequentially, stably and continuously.
  • the coating operation, the exposure operation, and the flattening operation are performed at different work stages in the horizontal direction, and the molding plate performs a coating operation, an exposure operation, and a flattening operation when the corresponding operation is performed at a plurality of different work stages. Since it can be performed at the same time, it is preferable to perform the molding operation continuously and rapidly.
  • a photocurable resin is applied and laminated while covering at least the exposure molding area, and only the exposure molding area is exposed and molded.
  • FDM Field Deposition Modeling
  • DLP Digital Light Processing
  • photocurable resins of different physical properties can be coated and laminated with a plurality of discharge nozzles and discharge valves in a plurality of sub-regions, it is possible to mold a single molded product from various materials such as color, material, and viscosity.
  • the coating area has an outer non-exposed area that is recovered by the recovery operation, the photocurable resin can be accurately coated and laminated on the coating area including the exposure molding area, and the photocurable resin applied in the exposure molding area can be accurately photocured. In addition, there is an effect of recovering the uncured photocurable resin in the outer non-exposed area.
  • the discharging unit, the exposure unit, and the driving unit are sequentially moved between the working position and the rest position with respect to the modeling plate, so that the coating operation, the flattening operation, and the exposure operation can be performed sequentially, stably and continuously.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of a 3D printer according to the present invention.
  • FIG. 3 is a detailed view of the blade.
  • 5 is a 3D printing operation diagram of a modified example.
  • 6 and 7 are molding process diagrams according to the 3D printing operation.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of a 3D printer 1 according to the present invention
  • FIG. 2 is a detailed view of the discharge unit 30
  • FIG. 3 is a detailed view of the blade 81
  • FIG. 4 is an operation of 3D printing.
  • Fig. 5 is a 3D printing operation diagram of a modified example
  • Figs. 6 and 7 are molding process diagrams according to the 3D printing operation
  • Fig. 8 is a control block diagram of the 3D printer 1.
  • the 3D printer (1) includes a bed (10), a modeling plate (20), a discharge unit (30), an exposure unit (40), a driving unit (50), a control unit (60), an optical sensor (70), a flattening unit (80). ) And a recovery device 90.
  • the bed 10 is spaced apart from the floor surface by support columns supporting the floor surface.
  • the bed 10 provides a base surface on which molding is performed.
  • the molding plate 2 supports a molded article formed by stacking a plurality of unit laminates in stages. Both sides of the modeling plate 2 are supported by a modeling plate driving part 51 to be described later, and the molded product is supported.
  • the molding plate 2 is provided in a plate shape, and can be moved by the molding plate driving part 51. In some cases, the modeling plate 20 can be moved horizontally along the plate surface of the bed 10 by the modeling plate driving part 51, and in some cases, it is moved up and down to adjust the distance between the exposure unit 40 to be described later. Can be moved to be able to.
  • the discharge unit 30 forms unit laminated portions by coating a photocurable resin on the molding plate 20.
  • the discharge unit 30 coats and laminates the photocurable resin 2 on the molding plate 20.
  • the photocurable resin 2 does not flow to the high viscosity gel-like photocurable resin 2 and can be discharged by extrusion without heating and applied and laminated.
  • the discharge unit 30 has a discharge housing 31, a cylinder 32, a piston 33, a discharge valve 34, a discharge nozzle 35, a discharge drive part 36, and a discharge arm 37.
  • the discharge housing 31 has a space for accommodating the cylinder 32, the piston 33, the discharge valve 34, the discharge nozzle 35, the discharge drive part 36, and the like.
  • the cylinder 32 is supported by the discharge housing 31, and is provided in plural so that different types of photocurable resins 2 can be stored.
  • the piston 33 is inserted into one side of the cylinder 32 and is slidable along the cylinder 32.
  • the discharge valve 34 regulates the discharge of the photocurable resin 2 from the cylinder 32.
  • the discharge nozzle 35 discharges photocurable resins of different physical properties.
  • the discharge nozzle 35 discharges and laminates the photocurable resin 2 on the molding plate 20.
  • the discharge drive part 36 is connected to the piston 33 and slides the piston 33 along the cylinder 32 to transfer the photocurable resin 2 stored in the cylinder 32 through the discharge nozzle 35 It is controlled and driven by the control of the control unit 60 so as to be discharged onto the top (20).
  • the discharge arm 37 is coupled to a discharge unit driving part 52 to be described later supported by the bed 10 to support the discharge unit 30.
  • the exposure unit 40 is subjected to photocuring molding by exposing the unit laminated portion.
  • the exposure unit 40 exposes the photocurable resin 2 coated and laminated by the discharge unit 30 to perform photocuring molding.
  • the exposure unit 40 has an exposure lamp 41 and an exposure arm 42.
  • the exposure lamp 41 outputs a wavelength for curing the photocurable resin 2 with an ultraviolet lamp.
  • the exposure lamp 41 has an output filter and outputs the curing wavelength only to the exposure molding area of the molding data.
  • the photocurable resin 2 which is not photocured, is buried in the outer or inner area of the molded article cured in a gel form.
  • the exposure arm 42 is supported by the bed 10 and is coupled to an exposure unit driving part 53 to be described later to support the exposure unit 40.
  • the driving unit 50 makes the modeling plate 20 and the discharge unit 30, and the modeling plate 20 and the exposure unit 40 to move relative to each other to perform a coating lamination operation and an exposure operation.
  • the driving unit 50 may move the modeling plate 20 and the flattening unit 80 to be described later relative to each other.
  • the driving unit 50 may include a modeling plate driving unit 51, a discharge unit driving unit 52, and an exposure unit driving unit 53. In some cases, there may be only the modeling plate driving unit 51, and the discharge unit driving unit 52 and the exposure unit driving unit 53 may not exist.
  • the modeling plate 20 In the state where the discharge unit 30 and the exposure unit 40 are fixed, the modeling plate 20 may be moved vertically and horizontally by the modeling plate driving part 51.
  • the molding plate driving part 51, the discharge unit driving part 52, and the exposure unit driving part 53 are vertical to allow the molding plate arm 23, the discharge arm 37, and the exposure arm 42 to move in the vertical and horizontal directions. Movement paths and horizontal movement paths may be provided.
  • the vertical movement path and the horizontal movement path consist of a servo motor that rotates the rotation axis and the rotation axis, and accommodates the rotation axis in the molding plate arm 23, the discharge arm 37, and the exposure arm 42.
  • a rotation insertion hole may be formed so that it can be moved horizontally.
  • the servo motor is precisely controlled by the control of the controller 60 to be described later, so that the modeling plate 20, the discharge unit 30, and the exposure unit 40 are moved in the vertical and horizontal directions to accurately reach the discharge position and the exposure position. It is located, and the upper and lower spacing can be adjusted.
  • the driving unit 50 is made of a rotation shaft and a servo motor that rotates the rotation shaft, but is not limited thereto. Anything is possible as long as the vertical and horizontal movements are smooth.
  • the control unit 60 includes the discharge unit 30, the exposure unit 40, and the exposure unit 30 so that the exposure operation is sequentially performed after the coating operation is performed on a coating area wider than the exposure molding area of each unit stacked part based on the molding data of the molding. Controls the driving unit 50.
  • the control unit 60 receives the molding data for the three-dimensional shape of the target molding, covers the exposure molding area of the received molding data, controls the discharge unit 30 and the driving unit 50 to be coated and laminated, and the received molding data
  • the exposure unit 40 and the driving unit 50 are controlled to expose the exposure molding area on the molding plate 20 of the.
  • the 3D printer 1 may further have a communication unit 61 to an input unit 62 to receive molding data.
  • the control unit 60 controls the drive unit 50 with the modeling plate 20 and the discharge unit 30 so that the discharge positions are vertical and horizontal. After that, the control unit 60 controls the discharge drive unit 36 of the discharge unit 30 to discharge the photocurable resin 2 to a coating area wider than the exposure molding area to cover the exposure molding area on the molding plate 20. Apply and laminate.
  • the exposure molding area consists of a plurality of sub-areas formed of photocurable resins of different physical properties.
  • the coating area has an outer non-exposed area that is provided outside the exposure molding area and is recovered by a recovery operation.
  • the control unit 60 controls the driving unit 50 so that the modeling plate 20 and the exposure unit 40 are exposed vertically and horizontally. Thereafter, the controller 60 controls the exposure unit 40 to perform DLP photocuring or laser photocuring in the exposure molding area. Accordingly, the photocurable resin 2 is discharged, coated and laminated, and the exposure molding area is exposed to form an accurate shape.
  • the molding data includes an exposure molding area for the gap between the molding plate 20 and the discharge unit 30, and an exposure molding area for the gap between the molding plate 20 and the exposure unit 40.
  • the control unit 60 controls the blade driving unit 83 to perform a flattening operation between the coating operation and the exposure operation.
  • the control unit 60 controls the driving unit 50 and the exposure unit 40 to perform pre-curing exposure between the coating operation and the planarization operation.
  • the discharge unit 30, the exposure unit 40, and the driving unit 50 may sequentially move between the working position and the rest position. At least some of the coating work, exposure work, and planarization work are performed at different work stages in the horizontal direction, and the printing plate performs the corresponding work at a plurality of different work stages.
  • the optical sensor 70 includes the distance between the modeling plate 20 and the discharge unit 30, the distance between the modeling plate 20 and the exposure unit 40, and the position and exposure of the discharge unit 30 to the modeling plate 20.
  • the position of the unit 40 is sensed.
  • the optical sensor 70 transmits information on the sensed interval and position to the controller 60.
  • the control unit 60 uses the location and distance information received from the optical sensor 70 to determine the discharge position and exposure position, the distance between the modeling plate 20 and the discharge unit 30, the modeling plate 20 and the exposure unit 40. Controls the driving unit 50 so that the interval between ).
  • the flattening unit 80 flattens the surface of the photocurable resin 2 applied to the modeling plate 20.
  • the flattening operation unit 80 includes a flattening blade 81, a blade arm 82, and a blade driving unit 83.
  • the planarization blade 81 flattens the surface of the unit laminated portion.
  • the planarizing blade 81 is applied by pushing or shaving the upper surface of the laminated photocurable resin 2 by discharging it on the modeling plate 20 and discharging the upper surface of the coated and laminated photocurable resin 2 Flatten.
  • the blade arm 82 supports the blade 81.
  • the blade driving unit 83 is supported by the blade arm 82 to move the blade 81 horizontally to perform a flat operation.
  • the recovery device 90 recovers the uncured photocurable resin 2 outside the exposure molding area on the molding plate 20.
  • the recovery device 90 may be provided with a brush, and may be a means for spraying a solvent for washing the photo-cured molding. Any means capable of cleaning and recovering the photocurable resin 2 buried outside the exposure molding area photocured by the exposure unit 40 may be used.
  • the recovery device 90 may have a recovery tank disposed under the modeling plate 20 to collect the photocurable resin 2 falling downward.
  • the modeling plate 20 and the discharge unit 30 are moved relative to each other by the driving part 50 so that the discharge position is set.
  • the photocurable resins 2, which are different from each other from the plurality of discharge nozzles 35, are discharged to respective regions of the modeling plate 20 to be coated and laminated. Accordingly, photocurable resins 2 of different materials are successively discharged onto the molding plate 20 to be coated and laminated.
  • the photocurable resin 2 is discharged on the upper surface by the driving unit 50, and the laminated molding plate 20 and the exposure unit 40 move relative to each other, that is, horizontally and vertically. do. Thereafter, the exposure unit 40 preliminarily exposes the exposure molding area with ultraviolet rays to preliminarily light cure.
  • the blade 81 is horizontally moved to flatten the photocurable resin 2 preliminarily photocured on the molding plate 20 by the blade driving unit 83. Thereby, the photocurable resin 2 preliminarily photocured on the molding plate 20 is planarized.
  • the modeling plate 20 and the exposure unit 40 are moved relative to each other so as to be an exposure position for photocuring the flattened photocurable resin 2 on the modeling plate 20 by the driving unit 50. Thereafter, the exposure unit 40 irradiates ultraviolet rays to photo-cure the planarized photocurable resin 2 on the molding plate 20 and mold.
  • 5 is a 3D printing operation diagram of a modified example. 5 is an embodiment in which the modeling plates 210 and 220 are provided as a pair.
  • a plurality of photocurable resins 2 are discharged on the modeling plate 210 while relatively moving so that the molding plate 210 and the plurality of discharge nozzles 350 on the left side are at the discharge position, and laminated.
  • the molding plate 210 on the left side and the exposure unit 410 are moved relative to each other so that the exposure position is at the exposure position to pre-expose the exposure molding area.
  • the driving unit 50 Stacked by discharging and applying a plurality of photocurable resins 2 on the modeling plate 220 while moving relative to each other so that the right side molding plate 220 and the plurality of discharge nozzles 350 are at the discharge position by the driving unit 50 Stacked.
  • the preliminary exposure may be performed from an edge region of the exposure molding region, so that when a flattening operation is performed by the blade 81, a phenomenon in which the detailed region is pushed to another region may be reduced.
  • the blade 810 is horizontally moved by the blade driving unit 83 to planarize the photocurable resin 2 pre-cured on the molding plate 210.
  • the driving unit 50 moves the modeling plate 220 and the exposure unit 410 to the exposure position relative to each other, and irradiates ultraviolet rays at the exposure position to obtain a preliminary view of the planarized photocurable resin 2 on the modeling plate 220. Make it angry.
  • the molding plate 210 and the exposure unit 410 on the left are moved relative to the exposure position to expose the exposure molding area of the flattened photocurable resin 2 to be photocured. do.
  • the blade 810 is horizontally moved by the blade driving unit 83, the photocurable resin 2 pre-cured on the modeling plate 220 is flattened.
  • FIG. 5(e) A plurality of photocurable resins (2) on the photocurable layer formed on the photocuring plate 210 while moving relative to each other so that the molding plate 210 and the plurality of discharge nozzles 350 on the left are at the discharge position. Is discharged and coated and laminated. At the same time, the modeling plate 220 and the exposure unit 410 are moved relative to each other to the exposure position by the driving unit 50, and ultraviolet rays are irradiated at the exposure position to photo-cure the planarized photocurable resin 2 on the modeling plate 220. And molded.
  • the left side molding plate 210 and the exposure unit 410 are moved relative to each other so as to be at the exposure position to pre-expose the exposure molding area.
  • the driving unit 50 Stacked by discharging and applying a plurality of photocurable resins 2 on the modeling plate 220 while moving relative to each other so that the right side molding plate 220 and the plurality of discharge nozzles 350 are at the discharge position by the driving unit 50 Stacked.
  • a coating operation, a preliminary photocuring operation, a planarization operation, and an exposure operation can be continuously and quickly performed with a plurality of molding plates 210 and 220. have.
  • FIG. 6 is a molding process diagram according to the 3D printing operation, showing that the photocurable resin 2 is discharged and coated and laminated.
  • Fig. 6(b) shows the state of the photocurable resin 2 on the molding plate 20, and the photocured part is the lower end shape of the tooth.
  • the uncured resin (G) that is not photocured is located outside the left and right sides of the photocured portion.
  • the photo-cured part is formed by successively performing a coating operation, a preliminary photo-curing operation, a planarization operation, and an exposure operation from the bottom.
  • a plurality of photocurable resins 2 (E, F, G) are discharged by a plurality of discharge nozzles 35 to each region of the photocurable layer and the coating layer, that is, the unit stacked portion, and laminated.
  • FIG. 7 is a molding process diagram according to the 3D printing operation, showing that the photocurable resin 2 is photocured.
  • FIG. 6(a) a plurality of photocurable resins 2 (E, F, G) are discharged to each region of the photocuring layer and the coating layer of the modeling plate 20, that is, each of the unit laminates.
  • the driving unit 50 moves the platen 20 and the exposure unit 40 on the left side to the exposure position so that the flattened photocurable resin 2 is exposed.
  • the regions A, B, and C are exposed to light and photocured.
  • Fig. 7(b) shows the state of the photocurable resin 2 on the shaping plate 20, and the photocured portions A, B, C are the lower ends of the teeth.
  • a plurality of photocurable resins 2 (E, F, G) are discharged to each region of the photocurable layer and the coating layer of the modeling plate 20, that is, each of the unit stacks, and the blade
  • the photo-cured part is formed by successively performing a coating operation, a preliminary photo-curing operation, a planarization operation, and an exposure operation from the bottom. Only the exposure molding regions A, B, and C of the plurality of photocurable resins 2 discharged by the plurality of discharge nozzles 35 are exposed to each of the regions on the photocuring layer and the discharge layer to be photocured. Thereby, for example, an artificial tooth is completed.
  • the above-described recovery device may be provided as a suction unit or for washing and recovering the uncured photocurable resin 2 by using a brush or spraying a solvent.
  • the suction unit consists of a suction housing, a suction cylinder, a suction piston, a suction valve, a suction nozzle, a suction drive part and a suction arm, and can also be recovered by sucking the uncured resin (C) outside the photocured part on the left and right sides.
  • the driving unit may further include a suction unit driving unit.
  • the suction unit may wash the uncured photocurable resin 2 without suction by using a brush or spraying a solvent after suction is performed.
  • the discharge unit, the flattening unit, and the exposure unit are described as being separated, but when the discharge unit, the flattening unit, and the exposure unit are vertically movable in a single housing, the housing moves horizontally and discharges from the discharge unit.
  • the flattening unit disposed at the rear end performs flattening
  • the exposure unit disposed at the rear end of the flattening unit may be exposed to light and light cured.
  • it may be arranged as a discharge unit, an exposure unit, a flat work unit, and an exposure unit.
  • the exposure unit, the flattening unit, the exposure unit, the discharge unit, the exposure unit, the flattening unit, and the exposure unit are placed in the housing in the order of horizontal movement in one direction.
  • Coating work, preliminary photo-curing work, flattening work, and exposure work can be carried out both during movement and horizontal movement in other directions, so that continuous and rapid molding can be performed.
  • the photocurable resin 2 is discharged while at least covering the exposure molding area on the molding plate 20, and only the exposure molding area of the molding data is exposed and molded.
  • a plurality of photocurable resins 2 can be discharged by the plurality of discharge nozzles 35, so that a single molded product can be formed from various materials.
  • the photocurable resin 2 discharged to the modeling plate 20 can be flattened using the blade 81, the photocuring can be performed at an accurate distance, so that the molding quality can be improved. Since the photocurable resin 2 discharged to the modeling plate 20 is pre-cured by preliminary exposure, the planarization operation of the photocurable resin 2 discharged by the blade 81 may be smoother. If the pair of printing plates 210 and 220 or the discharge unit 30 and the exposure unit 40 are movable so that the positions are exchanged with each other, the discharging operation and the photocuring operation of the photocurable resin 2 can be performed continuously and quickly. have. The photocurable resin can be recovered by washing the non-photocurable photocurable resin in addition to the molded product formed by photocuring by the photocurable resin recovery device 90.
  • the present invention is capable of various embodiments. Therefore, the present invention is not limited to the above embodiment.

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Abstract

3D 프린터는 다수의 단위적층부가 단계적으로 적층되어 형성되는 성형물을 지지하는 조형판, 조형판 상에 광경화성 수지를 도포하여 단위적층부들을 형성하는 토출유니트, 단위적층부를 노광하여 광경화 성형하는 노광유니트, 조형판과 토출유니트 및 조형판과 노광유니트를 상대 운동시켜 도포 적층 작업 및 노광 작업을 수행하도록 하는 구동부 및 성형물의 성형데이터에 기초하여 각 단위적층부의 노광성형영역보다 넓은 도포영역에 대해 도포작업이 수행된 후 노광작업이 순차적으로 수행되도록 토출유니트, 노광유니트 및 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

3D프린터
본 발명은 3D프린터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 성형물을 다양한 소재를 이용하여 연속적으로 성형할 수 있는 3D프린터에 관한 것이다.
3D프린터는 성형하는 방식에 따라 FDM(Fused Deposition Modeling)방식과 DLP(Digital Light Processing)방식으로 나눈다. FDM(Fused Deposition Modeling)방식은 필라멘트 형태의 열가소성 물질을 노즐 안에서 녹여 얇은 필름 형태로 토출하여 한층 한층 적층해나가는 방식으로 출력물의 품질이 낮으나 다양한 소재를 이용하여 성형할 수 있다. DLP(Digital Light Processing)방식은 광경화성 수지가 담긴 수조에 액상 수지가 반응할 수 있는 자외선으로 광경화하는 방식으로 표면품질이 우수하나 다양한 소재를 이용하여 성형물을 만드는 경우 성형속도가 매우 느리다. 한편, 광경화성 수지를 FDM(Fused Deposition Modeling)방식으로 토출하며 자외선으로 경화시켜 성형하는 혼용방식이 개발되었다.
그러나 이러한 혼용방식으로 성형속도는 개선되었으나 성형물의 표면품질이 개선되지는 않았다.
본 발명의 목적은 성형물의 표면품질은 우수하며 성형속도가 신속하게 개선된 3D프린터를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 3D프린터는, 다수의 단위적층부가 단계적으로 층되어 형성되는 성형물을 지지하는 조형판; 상기 조형판 상에 광경화성 수지를 도포하여 상기 단위적층부들을 형성하는 토출유니트; 상기 단위적층부를 노광하여 광경화 성형하는 노광유니트; 상기 조형판과 상기 토출유니트 및 상기 조형판과 상기 노광유니트를 상대 운동시켜 도포 적층 작업 및 노광 작업을 수행하도록 하는 구동부; 및 상기 성형물의 성형데이터에 기초하여 각 단위적층부의 노광성형영역보다 넓은 도포영역에 대해 도포작업이 수행된 후 노광작업이 순차적으로 수행되도록 상기 토출유니트, 상기 노광유니트 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다. 노광성형영역을 적어도 덮으면서 광경화성 수지를 도포 적층하게 하고, 노광성형영역만을 노광하여 성형하므로 광경화성 수지를 FDM(Fused Deposition Modeling)방식으로 토출하면서 DLP(Digital Light Processing)방식으로 노광성형영역만을 노광하므로 신속한 성형속도를 가지며 우수한 성형품질이 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 노광성형영역은 상이한 물성의 광경화성 수지로 형성되는 복수의 세부영역으로 이루어지며, 상기 토출유니트는 상이한 물성의 광경화성 수지들을 토출하는 복수의 토출노즐과 상기 토출노즐의 토출을 제어하는 토출밸브를 가지면 상이한 물성의 광경화성 수지들을 도포 적층할 수 있어 색상, 재질, 점도 등의 다양한 소재로 하나의 성형물을 성형할 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 도포영역은 상기 노광성형영역의 외곽에 마련되어 회수작업에 의해 회수되는 외곽비노광영역을 가지면 노광성형영역을 포함하는 도포영역에 광경화성 수지를 정확하게 도포 적층할 수 있으며, 노광성형영역의 도포된 광경화성 수지를 정확하게 광경화시킬 수 있고, 외곽비노광영역의 비경화된 광경화수지를 회수 할 수 있어 바람직하다.
여기서, 상기 단위적층부의 표면을 평탄화하는 평탄화블레이드와 상기 평탄화블레이드를 구동하여 평탄화작업을 수행하는 블레이드구동부를 더 가지며, 상기 제어부는 상기 도포작업과 상기 노광작업 사이에 상기 평탄화작업이 수행되도록 상기 블레이드구동부를 제어하면 조형판에 도포 적층된 단위적층부의 표면을 평탄화할 수 있으므로 정확한 거리에서 광경화가 이루어지게 할 수 있으므로 성형품질이 향상될 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 제어부는 상기 도포작업과 상기 평탄화작업 사이에 예비경화노광을 수행하도록 상기 구동부와 상기 노광유니트를 제어하면 조형판에 토출된 광경화성 수지를 예비경화시키므로 블레이드에 의한 도포 적층된 단위적층부의 평탄화작업이 더욱 원활하게 될 수 있어 바람직하다.
여기서, 상기 조형판에 대해 상기 토출유니트, 상기 노광유니트 및 상기 구동부들은 순차적으로 작업위치 및 휴지위치 간을 이동하면 도포작업, 평탄화작업 및 노광작업이 순차적, 안정적, 연속적으로 이루어질 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 도포작업, 상기 노광작업, 상기 평탄화작업 중 적어도 일부는 수평방향 내 상이한 작업스테이지에서 수행되며, 상기 조형판은 복수 개가 상이한 작업스테이지에서 해당 작업을 수행하면 도포작업, 노광작업, 평탄화작업을 동시에 수행할 수 있으므로 연속적으로 신속하게 성형작업을 수행할 수 있어 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 노광성형영역을 적어도 덮으면서 광경화성 수지를 도포 적층하게 하고, 노광성형영역만을 노광하여 성형하므로 광경화성 수지를 FDM(Fused Deposition Modeling)방식으로 토출하면서 DLP(Digital Light Processing)방식으로 노광성형영역만을 노광하므로 신속한 성형속도를 가지며 우수한 성형품질이 이루어질 수 있는 효과가 있다.
복수의 세부영역에 복수의 토출노즐과 토출밸브로 상이한 물성의 광경화성 수지들을 도포 적층할 수 있어 색상, 재질, 점도 등의 다양한 소재로 하나의 성형물을 성형할 수 있는 효과가 있다.
도포영역이 회수작업에 의해 회수되는 외곽비노광영역을 가짐으로써 노광성형영역을 포함하는 도포영역에 광경화성 수지를 정확하게 도포 적층할 수 있으며, 노광성형영역의 도포된 광경화성 수지를 정확하게 광경화시킬 수 있고, 외곽비노광영역의 비경화된 광경화수지를 회수 할 수 있는 효과가 있다.
블레이드로 조형판에 도포 적층된 단위적층부의 표면을 평탄화할 수 있으므로 정확한 거리에서 광경화가 이루어지게 할 수 있으므로 성형품질이 향상될 수 있는 효과가 있다.
도포작업과 평탄화작업 사이에 예비경화노광을 수행하여 조형판에 토출된 광경화성 수지를 예비경화시키므로 블레이드에 의한 도포 적층된 단위적층부의 평탄화작업이 더욱 원활하게 될 수 있는 효과가 있다.
조형판에 대해 토출유니트, 노광유니트 및 구동부들은 순차적으로 작업위치 및 휴지위치 간을 이동하게 하여 도포작업, 평탄화작업 및 노광작업이 순차적, 안정적, 연속적으로 이루어질 수 있는 효과가 있다.
조형판은 복수 개가 상이한 작업스테이지에서 해당 작업을 수행하면 도포작업, 노광작업, 평탄화작업을 동시에 수행할 수 있으므로 연속적으로 신속하게 성형작업을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3D프린터의 간략 예시도.
도 2는 토출유니트의 상세도.
도 3은 블레이드의 상세도.
도 4는 3D프린팅의 동작도.
도 5는 변형 예시의 3D프린팅 동작도.
도 6과 도 7은 3D프린팅 동작에 따른 성형공정도.
도 8은 3D프린터의 제어블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부된 도면에 의거한 바람직한 실시예에 대한 설명으로 더욱 명백해 질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 3D프린터(1)의 간략 예시도이며, 도 2는 토출유니트(30)의 상세도이고, 도 3은 블레이드(81)의 상세도이며, 도 4는 3D프린팅의 동작도이고, 도 5는 변형 예시의 3D프린팅 동작도이며, 도 6과 도 7은 3D프린팅 동작에 따른 성형공정도이고, 도 8은 3D프린터(1)의 제어블록도이다.
3D프린터(1)는 베드(10), 조형판(20), 토출유니트(30), 노광유니트(40), 구동부(50), 제어부(60), 광센서(70), 평탄작업부(80) 및 회수장치(90)를 포함한다.
베드(10)는 바닥면을 지지하고 있는 지지기둥에 의해 바닥면으로부터 이격 배치된다. 베드(10)는 성형이 이루어지는 베이스면을 제공한다.
조형판(2)은 다수의 단위적층부가 단계적으로 적층되어 형성되는 성형물을 지지한다. 조형판(2)은 후술할 조형판구동부(51)에 의해 양측이 지지되며, 성형물이 지지된다. 조형판(2)은 판상으로 마련되며, 조형판구동부(51)에 의해 이동 가능하다. 조형판(20)은 경우에 따라서는 조형판구동부(51)에 의해 베드(10)의 판면을 따라 수평이동도 가능하며 경우에 따라서는 상하로 이동되어 후술할 노광유니트(40)와의 간격을 조절할 수 있도록 이동될 수 있다.
토출유니트(30)는 조형판(20) 상에 광경화성 수지를 도포하여 단위적층부들을 형성한다. 토출유니트(30)는 조형판(20) 상에 광경화성 수지(2)를 도포 적층한다. 여기서, 광경화성 수지(2)는 고점도의 젤형의 광경화성 수지(2)로 흐르지 않고 가열을 하지 않고 압출에 의해서 토출하여 도포 적층 가능하다. 토출유니트(30)는 토출하우징(31), 실린더(32), 피스톤(33), 토출밸브(34), 토출노즐(35), 토출구동부(36) 및 토출아암(37)을 갖는다. 토출하우징(31)은 실린더(32), 피스톤(33), 토출밸브(34), 토출노즐(35), 토출구동부(36) 등을 수용하는 공간을 갖는다. 실린더(32)는 토출하우징(31)에 지지되며, 서로 다른 종류의 광경화성 수지(2)가 저장 가능하도록 복수로 마련된다.
피스톤(33)은 실린더(32)의 일측에 삽입되어 실린더(32)을 따라 슬라이딩 이동 가능하다. 토출밸브(34)는 실린더(32)로부터 광경화성 수지(2)의 토출을 단속한다. 토출노즐(35)은 상이한 물성의 광경화성 수지들을 토출한다. 토출노즐(35)은 조형판(20) 상에 광경화성 수지(2)를 토출하여 도포 적층한다. 토출구동부(36)는 피스톤(33)과 연결되며, 피스톤(33)을 실린더(32)를 따라 슬라이딩 이동시켜 실린더(32)에 저장된 광경화성 수지(2)를 토출노즐(35)을 통해 조형판(20) 상에 토출되도록 제어부(60)의 제어에 의해 제어되어 구동된다. 토출아암(37)은 베드(10)에 지지된 후술할 토출유니트구동부(52)에 결합되어 토출유니트(30))를 지지한다.
노광유니트(40)는 단위적층부를 노광하여 광경화 성형한다. 노광유니트(40)는 토출유니트(30)에 의해 도포 적층된 광경화성 수지(2)를 노광하여 광경화 성형한다. 노광유니트(40)는 노광램프(41)와 노광아암(42)를 갖는다. 노광램프(41)는 자외선램프로 광경화성 수지(2)를 경화시키는 파장을 출력한다. 노광램프(41)는 출력필터를 가지고 성형데이터의 노광성형영역으로만 경화파장을 출력하도록 한다. 이에 의해 광경화되지 않은 광경화성 수지(2)는 젤형으로 경화된 성형물의 외측 또는 내부영역에 묻어 있게 된다. 노광아암(42)은 베드(10)에 지지된 후술할 노광유니트구동부(53)에 결합되어 노광유니트(40)를 지지한다.
구동부(50)는 조형판(20)과 토출유니트(30) 및 조형판(20)과 노광유니트(40)를 상대 운동시켜 도포 적층 작업 및 노광 작업을 수행하도록 한다. 구동부(50)는 조형판(20)과 후술할 평탄작업부(80)를 상대 운동시킬 수도 있다. 구동부(50)는 조형판구동부(51), 토출유니트구동부(52) 및 노광유니트구동부(53)를 구비할 수 있다. 경우에 따라서는 조형판구동부(51)만 있고, 토출유니트구동부(52)와 노광유니트구동부(53)는 존재하지 않을 수도 있다. 토출유니트(30)와 노광유니트(40)는 고정된 상태에서 조형판구동부(51)에 의해 조형판(20)이 수직방향과 수평방향으로 이동될 수도 있다. 조형판구동부(51), 토출유니트구동부(52) 및 노광유니트구동부(53)는 조형판아암(23), 토출아암(37) 및 노광아암(42)이 수직방향과 수평방향으로 이동되도록 하는 수직이동경로와 수평이동경로가 마련될 수 있다.
수직이동경로와 수평이동경로는 회전축과 회전축을 회전시키는 서보모터로 이루어지며, 조형판아암(23), 토출아암(37) 및 노광아암(42)에 회전축을 수용하며 회전축의 회전에 따라 수직과 수평으로 이동될 수 있도록 회전삽입공이 형성될 수 있다. 후술할 제어부(60)의 제어에 의해 서보모터가 정밀하게 제어되어 조형판(20), 토출유니트(30) 및 노광유니트(40)가 수직방향과 수평방향으로 이동되어 정확하게 토출위치와 노광위치에 위치하며, 상하의 간격도 조절될 수 있다. 구동부(50)가 회전축과 회전축을 회전시키는 서보모터로 이루어진다고 하였으나 이에 한정되지는 않는다. 수직이동과 수평이동이 원활하게 되는 것이면 어느 것이던 가능하다.
제어부(60)는 성형물의 성형데이터에 기초하여 각 단위적층부의 노광성형영역보다 넓은 도포영역에 대해 도포작업이 수행된 후 노광작업이 순차적으로 수행되도록 토출유니트(30), 노광유니트(40) 및 구동부(50)를 제어한다.
제어부(60)는 목표 성형물의 입체 형상에 대한 성형데이터를 수신하며, 수신된 성형데이터의 노광성형영역을 커버하며 도포 적층하도록 토출유니트(30)와 구동부(50)를 제어하고, 수신된 성형데이터의 조형판(20) 상 노광성형영역을 노광하도록 노광유니트(40)와 구동부(50)를 제어한다. 3D프린터(1)는 성형데이터를 수신하기 위하여 통신부(61) 내지 입력부(62)를 더 가질 수 있다. 제어부(60)는 조형판(20)과 토출유니트(30)가 구동부(50)를 제어하여 수직과 수평에 대한 토출위치가 되도록 한다. 이 후 제어부(60)는 토출유니트(30)의 토출구동부(36)를 제어하여 조형판(20) 상의 노광성형영역을 커버하도록 노광성형영역보다 넓은 도포영역에 광경화성 수지(2)를 토출하여 도포 적층한다. 노광성형영역은 상이한 물성의 광경화성 수지로 형성되는 복수의 세부영역으로 이루어진다. 도포영역은 노광성형영역의 외곽에 마련되어 회수작업에 의해 회수되는 외곽비노광영역을 가진다.
이 후 제어부(60)는 구동부(50)를 제어하여 조형판(20)과 노광유니트(40)가 수직과 수평에 대한 노광위치가 되도록 한다. 이 후 제어부(60)는 노광유니트(40)를 제어하여 노광성형영역에 DLP 광경화 또는 레이저 광경화을 수행한다. 이에 따라 광경화성 수지(2)를 토출하여 도포 적층하고 노광성형영역을 노광하여 정확한 형상으로 성형이 이루어지게 한다. 성형데이터는 조형판(20)과 토출유니트(30) 간의 간격에 대한 노광성형영역을 포함하며, 조형판(20)과 노광유니트(40) 간의 간격에 대한 노광성형영역을 포함한다.
제어부(60)는 도포작업과 노광작업 사이에 평탄화작업이 수행되도록 블레이드구동부(83)를 제어한다. 제어부(60)는 도포작업과 평탄화작업 사이에 예비경화노광을 수행하도록 구동부(50)와 노광유니트(40)를 제어한다.
조형판(20)에 대해 토출유니트(30), 노광유니트(40) 및 구동부(50)들은 순차적으로 작업위치 및 휴지위치 간을 이동하게 할 수 있다. 도포작업, 노광작업, 평탄화작업 중 적어도 일부는 수평방향 내 상이한 작업스테이지에서 수행되며, 조형판은 복수 개가 상이한 작업스테이지에서 해당 작업을 수행한다.
광센서(70)는 조형판(20)과 토출유니트(30) 간의 간격, 조형판(20)과 노광유니트(40) 간의 간격, 조형판(20)에 대한 토출유니트(30)의 위치 및 노광유니트(40)의 위치를 감지한다. 광센서(70)는 감지된 간격및 위치에 대한 정보를 제어부(60)로 전달한다. 제어부(60)는 광센서(70)로부터 전달받은 위치 및 간격정보를 이용하여 토출위치와 노광위치 그리고 조형판(20)과 토출유니트(30) 간의 간격, 조형판(20)과 노광유니트(40) 간의 간격이 되도록 구동부(50)를 제어한다.
평탄작업부(80)는 조형판(20)에 도포된 광경화성 수지(2)의 표면을 평탄화한다. 평탄작업부(80)는 평탄화블레이드(81), 블레이드아암(82) 및 블레이드구동부(83)를 포함한다. 평탄화블레이드(81)는 단위적층부의 표면을 평탄화한다. 평탄화블레이드(81)는 조형판(20) 상에 토출하여 도포 적층된 광경화성 수지(2)의 상면을 밀거나 깎거나 등의 작업을 하여 토출하여 도포 적층된 광경화성 수지(2)의 상면을 평탄화한다. 블레이드아암(82)은 블레이드(81)를 지지한다. 블레이드구동부(83)는 블레이드아암(82)에 지지되어 블레이드(81)가 평탄작업을 하도록 수평이동시킨다.
회수장치(90)는 조형판(20) 상 노광성형영역 외 경화되지 않은 광경화성 수지(2)를 회수한다. 회수장치(90)는 브러쉬로 마련될 수 있으며, 광경화된 성형물을 세척하는 용매를 뿌리는 수단일 수 있다. 노광유니트(40)에 의해 광경화된 노광성형영역 이외의 외측에 묻어 있는 광경화성 수지(2)를 세척하며 회수할 수 있는 수단이면 어느 것이던 가능하다. 회수장치(90)는 조형판(20)의 하부에 배치되는 회수조를 가지고 하방으로 떨어지는 광경화성 수지(2)를 모을 수 있도록 할 수 있다.
도 4는 3D프린팅의 동작도이다.
도 4(a) 구동부(50)에 의해 조형판(20)과 토출유니트(30)를 상대 이동시켜 토출위치가 되도록 한다. 복수의 토출노즐(35)에서 각각 다른 광경화성 수지(2)를 조형판(20)의 각각의 영역에 토출하여 도포 적층한다. 이에 연속으로 각각 다른 소재의 광경화성 수지(2)를 조형판(20) 상에 토출하여 도포 적층한다.
도 4(b) 구동부(50)에 의해 광경화성 수지(2)가 상면에 토출하여 도포 적층된 조형판(20)과 노광유니트(40)가 상대 이동 즉, 수평이동 및 수직이동되어 노광위치가 된다. 이후 노광유니트(40)가 노광성형영역을 자외선으로 예비 노광하여 예비 광경화시킨다.
도 4(c) 블레이드구동부(83)에 의해 조형판(20) 상의 예비 광경화된 광경화성 수지(2)를 평탄화하도록 블레이드(81)를 수평이동된다. 이에 의해 조형판(20) 상의 예비 광경화된 광경화성 수지(2)가 평탄화된다.
도 4(d) 구동부(50)에 의해 조형판(20) 상의 평탄화된 광경화성 수지(2)를 광경화하는 노광위치가 되도록 조형판(20)과 노광유니트(40)를 상대 이동된다. 이후 노광유니트(40)가 자외선을 비춰 조형판(20) 상의 평탄화된 광경화성 수지(2)를 광경화시키며 성형한다.
도 5는 변형 예시의 3D프린팅 동작도이다. 도 5는 조형판(210, 220)이 한 쌍으로 마련되는 실시 예이다.
도 5(a) 좌측의 조형판(210)과 복수의 토출노즐(350)이 토출위치가 되도록 상대 이동시키면서 조형판(210) 상에 복수의 광경화성 수지(2)를 토출하여 도포 적층한다.
도 5(b) 구동부(50)에 의해 좌측의 조형판(210)과 노광유니트(410)가 노광위치가 되도록 상대 이동시켜 노광성형영역을 예비 노광한다. 이와 동시에 구동부(50)에 의해 우측의 조형판(220)과 복수의 토출노즐(350)이 토출위치가 되도록 상대 이동시키면서 조형판(220) 상에 복수의 광경화성 수지(2)를 토출하여 도포 적층한다. 예비 노광은 노광성형영역의 가장자리영역부터 수행하여 블레이드(81)에 의해 평탄화작업이 이루어질 경우 세부영역이 다른 영역으로 밀림현상이나 번짐형상을 줄일 수 있도록 할 수 있다.
도 5(c) 블레이드구동부(83)에 의해 블레이드(810)가 수평이동하면서 조형판(210) 상에 예비경화된 광경화성 수지(2)를 평탄화시킨다. 이와 동시에 구동부(50)에 의해 조형판(220)과 노광유니트(410)가 노광위치가 되도록 상대 이동시키며 노광위치에서 자외선을 비춰 조형판(220) 상의 평탄화된 광경화성 수지(2)를 예비 광경화시킨다.
도 5(d) 구동부(50)에 의해 좌측의 조형판(210)과 노광유니트(410)가 노광위치가 되도록 상대 이동시켜 평탄화된 광경화성 수지(2)의 노광성형영역을 노광하여 광경화 성형한다. 이와 동시에 블레이드구동부(83)에 의해 블레이드(810)가 수평이동하면서 조형판(220) 상에 예비경화된 광경화성 수지(2)를 평탄화시킨다.
도 5(e) 좌측의 조형판(210)과 복수의 토출노즐(350)이 토출위치가 되도록 상대 이동시키면서 조형판(210) 상의 광경화 성형된 광경화층 상에 복수의 광경화성 수지(2)를 토출하여 도포 적층한다. 이와 동시에 구동부(50)에 의해 조형판(220)과 노광유니트(410)가 노광위치가 되도록 상대 이동시키며 노광위치에서 자외선을 비춰 조형판(220) 상의 평탄화된 광경화성 수지(2)를 광경화시켜 성형한다.
도 5(f) 구동부(50)에 의해 좌측의 조형판(210)과 노광유니트(410)가 노광위치가 되도록 상대 이동시켜 노광성형영역을 예비 노광한다. 이와 동시에 구동부(50)에 의해 우측의 조형판(220)과 복수의 토출노즐(350)이 토출위치가 되도록 상대 이동시키면서 조형판(220) 상에 복수의 광경화성 수지(2)를 토출하여 도포 적층한다.
상기의 도 5(a) 내지 도 5(f)의 과정을 반복하면서, 복수의 조형판(210, 220)으로 도포 작업, 예비 광경화 작업, 평탄화 작업 및 노광 작업을 연속적으로 신속하게 수행할 수 있다.
도 6은 3D프린팅 동작에 따른 성형공정도로써 광경화성 수지(2)가 토출하여 도포 적층되는 것을 나타낸다.
도 6(a) 구동부(50)에 의해 조형판(20)과 복수의 토출노즐(35)이 토출위치가 되도록 상대 이동시키면서 조형판(20)의 광경화 층과 도포층 즉 단위 적층부 각각의 영역에 복수의 광경화성 수지(2)(E, F, G)를 토출하여 도포 적층된다.
도 6(b) 조형판(20) 상의 광경화성 수지(2)의 상태를 나타내는 것으로, 광경화된 부분은 치아의 하단 형상이다. 광경화된 부분 좌우측의 외측에는 광경화가 되지 않은 미경화수지(G)가 위치하고 있다. 광경화된 부분은 하단으로부터 도포 작업, 예비 광경화 작업, 평탄화 작업 및 노광 작업을 연속적으로 수행하여 성형한 것이다. 광경화 층과 도포층 즉 단위 적층부 각각의 영역에 복수의 토출노즐(35)에 의해 복수의 광경화성 수지(2)(E, F, G)가 토출하여 도포 적층된다.
도 7는 3D프린팅 동작에 따른 성형공정도로써 광경화성 수지(2)가 광경화되는 것을 나타낸다.
도 7(a) 도 6(a)에서 조형판(20)의 광경화 층과 도포층 즉 단위 적층부 각각의 영역에 복수의 광경화성 수지(2)(E, F, G)가 토출된 상태에서 블레이드(81)에 의해 평탄화 작업이 된 후 구동부(50)에 의해 좌측의 조형판(20)과 노광유니트(40)가 노광위치가 되도록 상대 이동시켜 평탄화된 광경화성 수지(2)의 노광성형영역(A, B, C)을 노광하여 광경화 성형한다.
도 7(b) 조형판(20) 상의 광경화성 수지(2)의 상태를 나타내는 것으로, 광경화된 부분(A, B, C)은 치아의 하단 형상이다. 도 6(a)에서 조형판(20)의 광경화 층과 도포층 즉 단위 적층부 각각의 영역에 복수의 광경화성 수지(2)(E, F, G)를 토출하여 도포 적층된 상태에서 블레이드(81)에 의해 평탄화 작업이 된 노광성형영역(A, B, C)의 광경화성 수지(2)가 광경화되었다. 이 경우에도 광경화된 부분(A, B, C) 좌우측의 외측에는 광경화가 되지 않은 미경화수지(G)가 위치하고 있다. 광경화된 부분은 하단으로부터 도포 작업, 예비 광경화 작업, 평탄화 작업 및 노광 작업을 연속적으로 수행하여 성형한 것이다. 광경화 층과 토출층 상 각각의 영역에 복수의 토출노즐(35)에 의해 토출된 복수의 광경화성 수지(2)의 노광성형영역(A, B, C)만을 노광하여 광경화시킨다. 이에 의해 일 예로 인공치아가 완성된다.
상기의 실시 예 이외의 변형 실시 예를 설명한다.
상기의 회수장치는 브러시를 이용하거나 용매를 분사하여 미경화된 광경화성 수지(2)를 세척하여 회수하는 것이나 흡입유니트로 마련될 수 있다. 흡입유니트는 흡입하우징, 흡입실린더, 흡입피스톤, 흡입밸브, 흡입노즐, 흡입구동부 및 흡입아암으로 구성되어 광경화된 부분 좌우측의 외측의 광경화가 되지 않은 미경화수지(C)를 흡입하여 회수할 수도 있다. 이 경우 구동부는 흡입유니트구동부를 더 구비할 수 있다. 이 흡입유니트는 흡입이 이루어진 후 브러시를 이용하거나 용매를 분사하여 흡입이 이루이지지 않은 미경화된 광경화성 수지(2)를 세척할 수도 있다.
상기에서는 토출유니트, 평탄작업부, 노광유니트가 각각 분리된 것으로 설명되어 있으나 하나의 하우징에 토출유니트, 평탄작업부, 노광유니트가 각각 수직 이동 가능하게 결합되어 하우징이 수평 이동하면서 토출유니트에서 토출하면 수평이동 방향에 대하여 후단에 배치된 평탄작업부가 평탄작업을 하며 평탄작업부보다 후단에 배치된 노광유니트가 바로 노광하여 광경화시킬 수 있도록 할 수도 있다. 예비 광경화를 위하여 토출유니트, 노광유니트, 평탄작업부, 노광유니트로 배치될 수도 있다. 하우징의 수평 이동을 왕복하도록 하여 생산성을 향상하도록 할 수도 있는데 이를 위하여 하우징에 노광유니트, 평탄작업부, 노광유니트, 토출유니트, 노광유니트, 평탄작업부, 노광유니트의 순서로 배치되어 일방향으로의 수평 이동 시와 타방향으로의 수평 이동 시 모두 도포작업, 예비 광경화 작업, 평탄화 작업 및 노광 작업이 이루어지도록 하여 연속적으로 신속하게 성형할 수 있다.
상기의 3D프린터(1)로 인하여, 조형판(20) 상의 노광성형영역을 적어도 커버하면서 광경화성 수지(2)를 토출하게 하고, 성형데이터의 노광성형영역만을 노광하여 성형하므로 광경화성 수지(2)를 FDM(Fused Deposition Modeling)방식으로 토출하면서 DLP(Digital Light Processing)방식으로 노광성형영역만을 노광하므로 우수한 성형품질이 이루어질 수 있다. 복수의 토출노즐(35)에 의해 복수의 광경화성 수지(2)를 토출할 수 있어 다양한 소재로 하나의 성형물을 성형할 수 있다. 광센서(70)에 의해 조형판(20)의 정확하게 위치시킴으로써 조형판(20)의 노광성형영역에 광경화성 수지(2)를 정확하게 토출할 수 있으며, 노광성형영역의 토출된 광경화성 수지(2)를 정확하게 광경화시킬 수 있다. 블레이드(81)를 이용하여 조형판(20)에 토출된 광경화성 수지(2)를 평탄화할 수 있으므로 정확한 거리에서 광경화가 이루어지게 할 수 있으므로 성형품질이 향상될 수 있다. 예비 노광으로 조형판(20)에 토출된 광경화성 수지(2)를 예비경화시키므로 블레이드(81)에 의한 토출된 광경화성 수지(2)의 평탄화작업이 더욱 원활하게 될 수 있다. 한 쌍의 조형판(210, 220)이나 토출유니트(30)와 노광유니트(40)가 상호 위치 교환되도록 이동 가능하면 광경화성 수지(2)의 토출작업과 광경화작업이 연속적으로 신속하게 이루어질 수 있다. 광경화성 수지의 회수장치(90)로 인해 광경화에 의해 성형된 성형물 이외에 광경화되지 않은 광경화성 수지를 세척하여 회수할 수 있다.
본원발명은 위 실시예 이외에도 다양한 실시예가 가능하다. 따라서 본원발명은 위 실시 예에 한정되지 않는다.

Claims (7)

  1. 3D 프린터에 있어서,
    다수의 단위적층부가 단계적으로 적층되어 형성되는 성형물을 지지하는 조형판;
    상기 조형판 상에 광경화성 수지를 도포하여 상기 단위적층부들을 형성하는 토출유니트;
    상기 단위적층부를 노광하여 광경화 성형하는 노광유니트;
    상기 조형판과 상기 토출유니트 및 상기 조형판과 상기 노광유니트를 상대 운동시켜 도포 적층 작업 및 노광 작업을 수행하도록 하는 구동부; 및
    상기 성형물의 성형데이터에 기초하여 각 단위적층부의 노광성형영역보다 넓은 도포영역에 대해 도포작업이 수행된 후 노광작업이 순차적으로 수행되도록 상기 토출유니트, 상기 노광유니트 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광성형영역은 상이한 물성의 광경화성 수지로 형성되는 복수의 세부영역으로 이루어지며,
    상기 토출유니트는 상이한 물성의 광경화성 수지들을 토출하는 복수의 토출노즐과 상기 토출노즐의 토출을 제어하는 토출밸브를 갖는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도포영역은 상기 노광성형영역의 외곽에 마련되어 회수작업에 의해 회수되는 외곽비노광영역을 가지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위적층부의 표면을 평탄화하는 평탄화블레이드와 상기 평탄화블레이드를 구동하여 평탄화작업을 수행하는 블레이드구동부를 더 가지며,
    상기 제어부는 상기 도포작업과 상기 노광작업 사이에 상기 평탄화작업이 수행되도록 상기 블레이드구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 도포작업과 상기 평탄화작업 사이에 예비경화노광을 수행하도록 상기 구동부와 상기 노광유니트를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조형판에 대해 상기 토출유니트, 상기 노광유니트 및 상기 구동부들은 순차적으로 작업위치 및 휴지위치 간을 이동하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도포작업, 상기 노광작업, 상기 평탄화작업 중 적어도 일부는 수평방향 내 상이한 작업스테이지에서 수행되며,
    상기 조형판은 복수 개가 상이한 작업스테이지에서 해당 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
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