KR101669627B1

KR101669627B1 - Dlp 방식의 3d 프린터용 출력물 낙하방지장치

Info

Publication number: KR101669627B1
Application number: KR1020150060878A
Authority: KR
Inventors: 김경천; 이충현
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2035-04-29

Abstract

본 발명은, DLP 방식의 3D 프린터에서 제조되는 3차원 출력물을 상방으로 이동시키면서 광경화성 수지가 적층되도록 하는 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치에 있어서, 적어도 하나의 관통홀이 형성되며, 일면에는 광경화성 수지가 부착되되 모세관 작용에 의해 상기 광경화성 수지가 상기 관통홀 내부까지 연장되어 기초 레이어를 형성시키는 베이스와; 상기 베이스의 타면과 대향하게 배치되어 상기 관통홀 내부까지 연장된 광경화성 수지를 경화시키는 낙하방지광조사부를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 기초 레이어를 베이스 상에 견고히 밀착 고정되도록 하여 3D 프린팅시 상기 기초 레이어가 상기 베이스로부터 낙하하는 것을 방지할 수 있다.

Description

DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치{Anti-fall device for 3D printer of the DLP method}

본 발명은 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 DLP 방식의 3D 프린터를 사용함에 있어 출력물이 베이스로부터 낙하하는 것을 방지하는 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치에 관한 것이다.

3D 프린터는 2D 프린터가 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력한 도면을 바탕으로 3차원의 입체 출력물을 만들어내는 장치이다. 이러한 3D 프린터는 상품을 내놓기 전 시제품을 만들기 위해 개발된 것으로, 실제 상품에 어떤 문제점이 있는지 알아보기 위해 실제 상품을 만드는 대신 3D 프린터를 이용하여 실제 상품과 똑같은 시제품을 생산하여 비용과 시간을 절약하며 실제 상품의 문제점을 알아볼 수 있기 때문에 기업에서 사용하기 시작했다.

2D 프린터는 앞뒤(x축)와 좌우(y축)으로만 운동하지만, 3D 프린터는 여기에 상하(z축) 운동을 더하여 입력한 3D 도면을 바탕으로 입체 물품을 만들어낸다. 3D 도면은 3D CAD(computer aided design)나 3D 모델링 프로그램 또는 3D 스캐너 등을 이용하여 제작한다.

이러한 3D 프린터는 지난 수년 사이에 오픈소스(RepRap 등)를 기반으로 급속히 발전하여 왔다. 불과 1~2년 사이에 국내에서도 3D 프린터를 데스크탑용으로 개발하여 대중화에 나서고 있으며, 인터넷 쇼핑몰 등을 이용하여 점차 폭넓게 확산 되어가고 있다.

일반적인 3D 프린터의 프린팅 방식은 크게 FDM방식(Fused Deposition Modelling)과 DLP방식(Digital Light Processing), SLA방식(Stereolithography Apparatus) 그리고 SLS방식(Selective Laser Sintering)으로 구분되어 지고 있다. 또한, 사용 재료는 세라믹, 플라스틱, 금속, 수지 등 다양한 종류가 사용되어 지고 있으며, 3D 프린팅 소재 산업의 발달과 함께 식재료 등을 포함하여 더욱더 다양해지고 있는 추세이다.

여기서, DLP 방식은, 도1 내지 도3을 참조하면 알 수 있듯이, DMD(Digital Micromirror Device)라는 미세한 칩을 이용해 액체 상태의 광경화성수지(빛을 받으면 경화되는 수지)에 조형하고자 하는 모양의 광을 투사하여 수지를 층층이 경화시키는 방식으로, 투명 플레이트로 형성된 바닥면을 가진 레진수조(vat)의 하부에서 광을 조사하고, 상기 레진수조에 베이스를 위치시켜 레진수조 내에서 수지를 경화시킨 후, 경화된 출력물이 부착된 베이스를 상향으로 이송시키면서 적층하는 방식이다.

이러한 DLP 방식은 FDM 방식에 비해 고속으로 높은 품질의 출력물을 제조할 수 있고 조형 내부에 지지대 없이 출력이 가능하다.

한편, 상기와 같은 DLP 방식의 3D 프린터는 출력물의 크기가 크거나 형상이 단조롭지 않은 경우, 베이스가 상향으로 이송됨에 따라 출력물의 처짐이 발생하기 때문에 상기 출력물을 고정 지지할 수 있는 기초 레이어를 베이스 상에 출력해야만 한다.

그러나, 기존의 DLP 방식의 3D 프린터는 기초 레이어 적층 후 레진수조와 떨어질 때 베이스에 남아야 할 기초 레이어가 추락하는 경우가 있는데, 특히 출력을 진행하다보면 출력물의 하중을 이기지 못하고 베이스로부터 상기 기초 레이어가 낙하하여 출력물이 파손되는 경우가 발생한다. 이에 파손된 출력물을 치우고 다시 제작해야 하므로 생산성이 저하되고, 고가의 레진 재료가 낭비되므로 제조비용이 상승하게 되는 문제점이 있다.

KR

10-2014-0036285

A

KR

10-1406900

B1

KR

10-1407050

B1

따라서 본 발명의 목적은 DLP 방식의 3D 프린터를 사용함에 있어 기초 레이어를 베이스 상에 견고히 밀착 고정되도록 하여 3D 프린팅시 상기 기초 레이어가 상기 베이스로부터 낙하하는 것을 방지할 수 있는 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적은, DLP 방식의 3D 프린터에서 제조되는 3차원 출력물을 상방으로 이동시키면서 광경화성 수지가 적층되도록 하는 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치에 있어서, 적어도 하나의 관통홀이 형성되며, 일면에는 광경화성 수지가 부착되되 모세관 작용에 의해 상기 광경화성 수지가 상기 관통홀 내부까지 연장되어 기초 레이어를 형성시키는 베이스와; 상기 베이스의 타면과 대향하게 배치되어 상기 관통홀 내부까지 연장된 광경화성 수지를 경화시키는 낙하방지광조사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 관통홀은, 상기 베이스의 일면에 형성되어 상기 기초 레이어와 접촉하는 제1관통홀과, 상기 제1관통홀과 연결되어 관통되며 상기 제1관통홀의 직경보다 큰 직경을 갖는 제2관통홀을 포함하며, 상기 베이스는, 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀의 경계면을 기준으로 상기 제1관통홀이 형성되는 제1베이스와, 상기 제2관통홀이 형성된 제2베이스로 분리되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 낙하방지광조사부의 상부에 배치되어 상기 낙하방지광조사부를 지지하는 광조사지지부를 더 포함하며, 상기 낙하방지광조사부는 상기 관통홀의 위치에 맞춰 상기 낙하방지광조사부를 이동시키는 광조사이동부와; 상기 광조사지지부에 설치되어 상기 광조사이동부를 가이드하는 광조사가이드부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 베이스로부터 상기 광조사지지부를 지지하도록 상기 광조사지지부 방향으로 연장된 연장지지부를 포함하며, 상기 베이스와 상기 광조사지지부의 이격 거리가 조절되도록 상기 연장지지부를 따라 상기 광조사지지부를 승하강 구동시키는 광조사지지구동부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면 DLP 방식의 3D 프린터를 사용함에 있어 기초 레이어를 베이스 상에 견고히 밀착 고정되도록 하여 3D 프린팅시 상기 기초 레이어가 상기 베이스로부터 낙하하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 DLP 방식의 3D 프린터의 측면도이고,
도 2는 출력물 낙하방지장치의 사시도이고,
도 3a 및 3b는 광조사지지구동부의 구동 과정을 나타낸 설명도이고,
도 4는 베이스 및 관통홀을 나타낸 단면도이다.

이하 도면을 참고하여 본 발명에 따른 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치를 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 DLP 방식의 3D 프린터(10)는 출력물(1)을 조형하는 광경화성 수지(3)가 담긴 수지조(100)가 설치된다. 수지조(100)는 광경화성 수지(3)에 광이 조사될 수 있도록 투명한 소재로 이루어져야 한다. 수지조(100)의 하부에는 수지조(100) 방향으로 이미지광을 조사하는 이미지광조사부(300)가 마련되어 있으며, 이미지광조사부(300)는 일반적으로 외부의 빛을 차단가능하도록 섀도우박스(500) 내부에 설치된다. 즉, 섀도우박스(500)의 상부에는 수지조(100)가 지지된다. 이와 같은 구조에 의해 이미지광조사부(300)가 출력물(1) 형상에 맞춰 이미지광을 조사하면 수지조(100) 내의 광경화성 수지(3)가 출력물(1) 형상으로 경화된다.

이미지광조사부(300)에 의해 형성되는 광경화성 수지(3)가 경화된 기초 레이어(5)는 본 발명의 출력물 낙하방지장치(700)에 형성되는데, 본 발명의 출력물 낙하방지장치(700)는 기초 레이어(5)를 형성시키는 베이스(710)와, 베이스(710)를 향해 광을 조사하는 낙하방지광조사부(730)를 포함한다.

베이스(710)는 수지조(100)의 바닥면과 평행하도록 설치되며, 수지조(100)를 향해 조사되는 이미지광이 맺혀 기초 레이어(5) 및 이후의 레이어가 순차적으로 적층되도록 지지하는 역할을 한다. 이와 같은 베이스(710)에는 관통홀(711)이 형성되는데, 관통홀(711)이 형성된 베이스(710)가 수지조(100) 내의 액체인 광경화성 수지(3)에 잠기게 되면 모세관 현상에 의해 광경화성 수지(100)가 관통홀(711)을 타고 올라가게 된다. 이와 같이 관통홀(711)을 타고 광경화성 수지(3)가 관통홀(711) 내부까지 연장되면 관통홀(711) 내의 광경화성 수지(3)에 광을 조사하여 관통홀(711) 내에서 광경화성 수지(3)가 굳어지게 된다.

관통홀(711)을 향해 광을 조사하는 낙하방지광조사부(730)는 베이스(710)의 타면과 대향하게 배치되어 관통홀(711) 내의 광경화성 수지(3)를 경화시키는 역할을 한다. 즉 낙하방지광조사부(730)는 이미지광조사부(300)와 서로 마주보는 방향으로 광을 조사하게 된다.

관통홀(711)은 베이스(710)의 중앙영역에 하나만 형성되어 기초 레이어(5)를 지지할 수 있으며, 복수 개가 형성되어 다양한 위치에서 기초 레이어(5)를 지지할 수도 있다. 이와 같은 관통홀(711)은 베이스(710)의 일면과 타면에 상이한 직경을 가지도록 형성할 수 있다. 즉 베이스(710) 일면에 형성되어 기초 레이어(5)와 접촉하는 제1관통홀(711a)과, 제1관통홀(711a)과 연결되어 관통되며 제1관통홀(711a)의 직경보다 큰 직경을 갖는 제2관통홀(711b)을 형성할 수 있다. 제1관통홀(711a)의 경우 광경화성 수지(3)가 모세관 현상에 의해 제1관통홀(711a)을 따라 연장되어 올라오도록 비교적 작은 직경을 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이 제1관통홀(711a)을 따라 올라온 광경화성수지(3)는 제1관통홀(711a)보다 큰 직경을 갖는 제2관통홀(711b)에 쌓이게 된다. 이와 같은 상황에서 낙하방지광조사부(730)를 이용하여 제1관통홀(711a) 및 제2관통홀(711b)에 있는 광경화성 수지(3)를 경화시키게 되면, 기초 레이어(5)의 상부에 기초 레이어(5)를 베이스(710)로부터 이탈하지 않도록 지지하는 앵커(7)가 형성된다. 이러한 앵커(7)는 기초 레이어(5) 및 후에 적층되는 레이어의 하중에 의해 출력물(1)을 프린팅시 베이스(710)로부터 이탈하지 않도록 기초레이어(5)를 견고하게 지지하는 역할을 한다. 경우에 따라서 기초 레이어(5)를 더욱 견고하게 지지하도록 제3관통홀 및 제4관통홀 등과 같이 관통홀을 추가로 생성할 수도 있다.

베이스(710)는 제1관통홀(711a)과 제2관통홀(711b)의 경계면을 기준으로 분리되도록 형성된다. 즉 제1관통홀(711a)과 제2관통홀(711b)의 경계면을 기준으로 제1관통홀(711a)이 형성되는 제1베이스(710a)와, 제2관통홀(711b)이 형성되는 제2베이스(710b)로 나뉘어지도록 형성된다. 이와 같이 베이스(710)를 분리할 수 있기 때문에 필요에 따라서 제1관통홀(711a)과 제2관통홀(711b)의 직경을 원하는 직경으로 변경하기 위해 다른 베이스(710)를 조립할 수 있다. 또한 출력이 완료된 후 제1베이스(710a)와 제2베이스(710b)를 분리하여 제1관통홀(711a)과 제2관통홀(711b) 사이의 경계면을 깨끗하게 세척할 수 있다. 경우에 따라서 베이스(710)는 제1베이스(710a)와 제2베이스(710b)로 분리되지 않고 제1관통홀(711a)과 제2관통홀(711b)이 하나의 베이스(710)에 형성되는 일체형으로 제작할 수도 있다.

또한 베이스(710)는 낙하방지광조사부(730)에 의해 발생되는 광이 제1관통홀(711a) 및 제2관통홀(711b) 뿐만 아니라 베이스(710)를 통과하여 수지조(100)에 영향을 미치는 문제가 발생하지 않도록 광을 투과하지 못하는 소재로 제조되는 것이 바람직하며, 광경화성 수지(3)와 혼합되어 출력이 완료된 후 분리가 되지 않는 문제가 발생하지 않도록 플라스틱 소재보다는 금속 소재로 형성되는 것이 바람직하다.

낙하방지광조사부(730)의 상부에는 낙하방지광조사부(730)를 지지하는 광조사지지부(750)가 설치된다. 즉 베이스(710)와 광조사지지부(750)가 서로 이격 배치되며, 베이스(710)와 광조사지지부(750) 사이에 낙하방지광조사부(730)가 배치되어 광조사지지부(750)에 지지되는 구조로 이루어진다. 이러한 광조사지지부(750)와 베이스(710) 사이에는 베이스(710)로부터 광조사지지부(750)를 지지하도록 광조사지지부(750) 방향으로 연장된 연장지지부(770)가 설치된다.

낙하방지광조사부(730)는 베이스(710)와 멀리 떨어져 베이스(710) 전체에 광을 조사할 수 있으며, 경우에 따라서 베이스(710)에 형성된 관통홀(711)에 국부적으로 광을 조사할 수도 있다. 이와 같이 상황에 따라 베이스(710)와 낙하방지광조사부(730) 간의 이격 거리를 조절하여야 하는데, 이러한 조절이 가능하도록 광조사지지부(750)를 이동시키는 것이 바람직하다. 베이스(710)의 경우 이미지광 조사에 따라 승강하는 역할을 하기 때문에 베이스(710)와 낙하방지광조사부(730) 간의 이격 거리 조절을 위해서는 광조사지지부(750)를 이동시켜야 한다. 따라서 광조사지지부(750)는 광조사지지구동부(790)와 결합되며, 광조사지지구동부(790)에 의해 광조사지지부(750)가 연장지지부(770)를 따라 승하강 구동된다.

낙하방지광조사부(730)가 관통홀(711)을 국부적으로 조사하여야 할 때에는 광조사지지구동부(790)를 이용하여 광조사지지부(750)를 베이스(710)와 가깝도록 하강시키며, 베이스(710) 전체에 광을 조사하여야 할 때에는 광조사지지구동부(790)를 이용하여 광조사지지부(750)를 상승킨다. 이와 같은 광조사지지구동부(790)는 축 회전에 의해 승하강 구동을 유도하는 모터를 사용하는 것이 바람직하며, 모터 이외에도 슬라이딩 방식을 이용하여 승강구동을 시킬 수도 있다. 뿐만 아니라 연장지지부(770) 자체를 피스톤 구동이 가능하도록 하여 연장지지부(770)의 길이 조절을 통해 광조사지지부(750)가 승하강 구동될 수도 있다.

관통홀(711)에 국부적으로 광을 조사할 때 관통홀(711)을 위치에 맞춰 낙하방지광조사부(730)가 이동되도록 낙하방지광조사부(730)에는 광조사이동부(731)가 설치되며, 광조사이동부(731)를 가이드하는 광조사가이드부(751)가 광조사지지부(750)에 설치된다. 이를 통해 낙하방지광조사부(730)의 위치를 원하는 위치로 이동시킬 수 있다.

종래의 DLP 방식 3D 프린터는 수지조와 떨어질 때 베이스에 남아야 할 기초 레이어가 하중에 의해 낙하하여 출력물이 파손되는 경우가 빈번하였다. 이를 위해 본 발명은 기초 레이어(5)와 베이스(710)가 견고하게 결합되도록 베이스(710)에 관통홀(711)을 형성하였으며, 관통홀(711)을 통해 기초 레이어(5)의 상부에 광경화성 수지(3)를 경화시켜 앵커(7)를 형성하였다. 이를 통해 출력물(1)의 하중이 증가하더라도 출력물(1)이 낙하하지 않고 베이스(710)에 용이하게 지지될 수 있다.

10: 3D 프린터 1: 출력물
3: 광경화성 수지 5: 기초레이어
7: 앵커 100: 수지조
300: 이미지광조사부 500: 섀도우박스
700: 출력물 낙하방지장치 710: 베이스
710a: 제1베이스 710b: 제2베이스
711: 관통홀 711a: 제1관통홀
711b: 제2관통홀 730: 낙하방지광조사부
731: 광조사이동부 750: 광조사지지부
751: 광조사가이드부 770: 연장지지부
790: 광조사지지구동부

Claims

DLP 방식의 3D 프린터에서 제조되는 3차원 출력물을 상방으로 이동시키면서 광경화성 수지가 적층되도록 하는 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치에 있어서,
적어도 하나의 관통홀이 형성되며, 일면에는 광경화성 수지가 부착되되 모세관 작용에 의해 상기 광경화성 수지가 상기 관통홀 내부까지 연장되어 기초 레이어를 형성시키는 베이스와;
상기 베이스의 타면과 대향하게 배치되어 상기 관통홀 내부까지 연장된 광경화성 수지를 경화시키는 낙하방지광조사부와;
상기 낙하방지광조사부와 서로 마주보는 방향으로 광을 조사하여 광경화성 수지를 출력물 형상으로 경화시키는 이미지광조사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치.
제1항에 있어서,
상기 관통홀은,
상기 베이스의 일면에 형성되어 상기 기초 레이어와 접촉하는 제1관통홀과, 상기 제1관통홀과 연결되어 관통되며 상기 제1관통홀의 직경보다 큰 직경을 갖는 제2관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치.
제2항에 있어서,
상기 베이스는,
상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀의 경계면을 기준으로 상기 제1관통홀이 형성되는 제1베이스와, 상기 제2관통홀이 형성된 제2베이스로 분리되는 것을 특징으로 하는 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치.
제1항에 있어서,
상기 낙하방지광조사부의 상부에 배치되어 상기 낙하방지광조사부를 지지하는 광조사지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치.
제 4항에 있어서,
상기 낙하방지광조사부는 상기 관통홀의 위치에 맞춰 상기 낙하방지광조사부를 이동시키는 광조사이동부와;
상기 광조사지지부에 설치되어 상기 광조사이동부를 가이드하는 광조사가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치.
제 4항에 있어서,
상기 베이스로부터 상기 광조사지지부를 지지하도록 상기 광조사지지부 방향으로 연장된 연장지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치.
제 6항에 있어서,
상기 베이스와 상기 광조사지지부의 이격 거리가 조절되도록 상기 연장지지부를 따라 상기 광조사지지부를 승하강 구동시키는 광조사지지구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식의 3D 프린터용 출력물 낙하방지장치.