KR102171814B1 - 3D printer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분할 성형 지원형 광경화 3D 프린터에 관한 것으로서, 광경화 수지를 저장할 수 있도록 된 메인 수용조와, 메인 수용조의 바닥으로부터 상방으로 빌드판을 승강할 수 있게 설치된 승강 조형스테이지와, 메인 수용조의 하부에 배치되어 메인 수용조의 하부 영역에 대해 분할담당하도록 설정된 분할담당영역으로 광을 조사하는 복수개의 광조사부와, 광조사부들로부터 조사된 광을 선택적으로 투과 또는 차단하여 조형할 성형이미지에 대응되는 광을 투과시키는 액정디스플레이와, 광조사부와 액정디스플레이 사이에 마련된 제1편광판과, 액정디스플레이와 메인 수용조 사이에 마련되며 제1편광판과 편광방향이 직교되게 배치된 제2편광판을 구비한다. 이러한 분할 성형 지원형 광경화 3D 프린터에 의하면, 광빔의 균일도를 향상시킬 수 있고 적용 광원의 수도 줄일 수 있어 유지 보수가 용이한 장점을 제공한다.The present invention relates to a split molding support type photocurable 3D printer, comprising a main receiving tank capable of storing photocurable resin, an elevating molding stage installed to lift a build plate upward from the bottom of the main receiving tank, and a main receiving tank. A plurality of light irradiation units arranged at the bottom to irradiate light to the divided area set to be in charge of division for the lower area of the main storage tank, and the light irradiated from the light irradiation units are selectively transmitted or blocked to correspond to the molded image to be formed. A liquid crystal display that transmits light, a first polarizing plate provided between the light irradiation unit and the liquid crystal display, and a second polarizing plate provided between the liquid crystal display and the main receiving tank and arranged so that the first polarizing plate and the polarization direction are perpendicular to each other are provided. According to the split molding support type photocurable 3D printer, the uniformity of the light beam can be improved and the number of applied light sources can be reduced, thereby providing an advantage of easy maintenance.
Description
본 발명은 분할 성형 지원형 광경화 3D 프린터에 관한 것으로서, 상세하게는 수조 하부에서 광을 조사하여 광경화에 의해 성형할 수 있도록 된 분할 성형 지원형 광경화 3D 프린터에 관한 것이다.The present invention relates to a split molding support type photocurable 3D printer, and more particularly, to a split molding support type photocurable 3D printer capable of forming by photocuring by irradiating light from a lower portion of a water tank.
3D 프린터는 형성하고자 하는 입체 모양을 인쇄기법에 의해 성형할 수 있는 장치를 말한다.A 3D printer refers to a device capable of forming a three-dimensional shape to be formed by a printing technique.
최근에는 제품의 디자이너 및 설계자가 CAD 나 CAM을 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성하고, 생성한 데이터를 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작하는 이른바 3차원 프린팅 방법이 등장하게 되었으며, 이러한 3D 프린터를 산업, 생활, 의학 등 매우 다양한 분야에서 활용하고 있다.Recently, a so-called 3D printing method has emerged in which product designers and designers create 3D modeling data using CAD or CAM, and produce a prototype of a 3D three-dimensional shape using the generated data. Is used in a wide variety of fields such as industry, life, and medicine.
일반적인 3D 프린터의 기본적인 원리는 얇은 2D 레이어를 쌓아서 3D 물체를 만드는 것이다.The basic principle of a typical 3D printer is to create a 3D object by stacking thin 2D layers.
즉, 3D 프린터 방법에는 광경화성 수지에 레이저 광선을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(Stereo Lithography Apparatus)와, SLA에서의 광경화성 수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하여 레이저 광선으로 주사하여 기능성 고분자 또는 금속분말을 고결시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS(Selective Laser Sintering), FDM방식(Fused Deposition Modeling)과, 광경화수지가 저장된 저장조의 하부로 광을 조사하여 부분적으로 경화되는 원리를 이용하는 DLP(Digital Light Processing) 방식 및 LCD를 이용하여 인쇄하는 광경화 방식 등이 있다.In other words, the 3D printer method includes SLA (Stereo Lithography Apparatus) using the principle that the scanned part is cured by scanning a laser beam on a photocurable resin, and a functional polymer or metal powder is used instead of the photocurable resin in SLA. SLS (Selective Laser Sintering) and FDM (Fused Deposition Modeling) using the principle of solidifying and molding functional polymers or metal powders by scanning with, and the principle of partial curing by irradiating light to the bottom of the storage tank in which the photocurable resin is stored. There are a DLP (Digital Light Processing) method and a photocuring method of printing using an LCD.
기존의 SLA 방식은 광경화성 수지를 이용하는 방법으로 미국특허 4,575,330호에 게시되어 있다.The existing SLA method is a method using a photocurable resin and is disclosed in U.S. Patent No. 4,575,330.
또한, DLP방식은 국내 등록특허 제10-1533374호에 게시되어 있다.In addition, the DLP method is published in Korean Patent Registration No. 10-1533374.
한편, 광경화수지가 저장된 저장조의 하부로 광을 조사하여 경화시키는 방식의 경우 광빔의 균일도를 향상시킬 수 있는 구조가 꾸준히 요구되고 있다.On the other hand, in the case of a method of curing by irradiating light to a lower portion of a storage tank in which a photocurable resin is stored, a structure capable of improving the uniformity of the light beam is constantly required.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 성형영역에 대한 광조사영역을 분담하면서도 광빔의 균일도를 향상시킬 수 있는 분할 성형 지원형 광경화 3D 프린터를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was invented to solve the above requirements, and an object of the present invention is to provide a photo-curing 3D printer supporting divisional molding that can improve the uniformity of a light beam while sharing a light irradiation area to a molding area.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 분할 성형 지원형 광경화 3D 프린터는 광경화 수지를 저장할 수 있도록 된 메인 수용조와; 상기 메인 수용조의 바닥으로부터 상방으로 빌드판을 승강할 수 있게 설치된 승강 조형스테이지와; 상기 메인 수용조의 하부에 배치되어 상기 메인 수용조의 하부 영역에 대해 분할담당하도록 설정된 분할담당영역으로 광을 조사하는 복수개의 광조사부와; 상기 광조사부들로부터 조사된 광을 선택적으로 투과 또는 차단하여 조형할 성형이미지에 대응되는 광을 투과시키는 액정디스플레이와; 광조사부와 상기 액정디스플레이 사이에 마련된 제1편광판과; 상기 액정디스플레이와 상기 메인 수용조 사이에 마련되며 상기 제1편광판과 편광방향이 직교되게 배치된 제2편광판;을 구비한다.In order to achieve the above object, the divided molding support type photocurable 3D printer according to the present invention includes a main receiving tank capable of storing a photocurable resin; An elevating molding stage installed to elevate the build plate upward from the bottom of the main receiving tank; A plurality of light irradiating units disposed under the main receiving tank and irradiating light to a divided area set to divide the lower area of the main receiving tank; A liquid crystal display that selectively transmits or blocks the light irradiated from the light irradiation units to transmit light corresponding to the molded image to be shaped; A first polarizing plate provided between the light irradiation unit and the liquid crystal display; And a second polarizing plate disposed between the liquid crystal display and the main receiving tank and disposed so that the first polarizing plate and the polarization direction are perpendicular to each other.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 메인 수용조는 바닥면이 사각형 형상으로 형성되어 있고, 상기 광조사부는 상기 메인 수용조의 바닥면을 복수 개로 분할한 단위 분할영역을 각각 분할담당영역으로 담당하면서 광을 조사하도록 단위 분할영역 각각에 대응되게 마련된다.According to an aspect of the present invention, the main storage tank has a rectangular bottom surface, and the light irradiation unit serves as a division area while receiving light while each unit divided areas obtained by dividing the bottom surface of the main storage tank into a plurality of pieces. It is provided to correspond to each of the unit divided areas to be irradiated.
또 다르게는 상기 메인 수용조는 바닥면이 사각형 형상으로 형성되어 있고, 상기 광조사부는 상기 메인 수용조의 바닥면에 대해 길이방향을 따라 나란하게 복수 개로 분할한 단위 분할영역을 각각 이동하면서 광을 조사하여 담당하도록 상기 단위 분할영역 보다 작은 광조사면적을 갖게 형성된다.Alternatively, the main storage tank has a rectangular bottom surface, and the light irradiation unit irradiates light while moving each of the unit divided regions divided into a plurality of units parallel to the bottom surface of the main storage tank along the length direction. It is formed to have a light irradiation area smaller than the unit divided area to be responsible.
또한, 상기 제1 및 제2편광판은 투명기판에 금속소재로 상호 이격되게 형성된 다수의 금속띠로 형성된 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the first and second polarizing plates are formed of a plurality of metal bands formed of a metal material on a transparent substrate to be spaced apart from each other.
바람직하게는 상기 광조사부는 광을 출사하는 광원과; 상기 광원이 안착되는 사각 바닥면의 각 변으로부터 상방으로 폭이 점진적으로 확장되게 연장되며 입사된 광을 반사시키는 4개의 측벽을 갖는 각형 반사 하우징과; 상기 각형 반사하우징을 거쳐 진행되는 광의 균일도를 향상시키기 위해 다수의 파리눈렌즈가 어레이된 빔균일화부재;를 구비한다.Preferably, the light irradiation unit includes a light source for emitting light; A quadrangular reflective housing having four sidewalls extending gradually upward from each side of the rectangular bottom surface on which the light source is mounted and reflecting incident light; And a beam uniforming member in which a plurality of fly-eye lenses are arrayed to improve the uniformity of light traveling through the square reflective housing.
본 발명에 따른 분할 성형 지원형 광경화 3D 프린터에 의하면, 광빔의 균일도를 향상시킬 수 있고 적용 광원의 수도 줄일 수 있어 유지 보수가 용이한 장점을 제공한다.According to the photo-curing 3D printer supporting split molding according to the present invention, the uniformity of the light beam can be improved and the number of applied light sources can be reduced, thereby providing an advantage of easy maintenance.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할 성형 지원형 광경화 3D 프린터를 나타내 보인 도면이고,
도 1의 광조사부의 일부를 발췌하여 도시한 사시도이고,
도 3은 도 1의 메인 수용조 하부 영역을 9개로 분할한 경우의 광조사부의 배치 예를 나타내 보인 평면도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광조사부가 적용된 광경화 3D 프린터를 나타내 보인 도면이고,
도 5는 도 4의 메인 수용조 하부 영역을 3개로 분할한 경우의 광조사부의 배치예를 나타내 보인 평면도이다.1 is a view showing a split molding support type photocurable 3D printer according to an embodiment of the present invention,
It is a perspective view showing a part of the light irradiation part of FIG.
3 is a plan view showing an example of an arrangement of a light irradiation unit when the area under the main receiving tank of FIG. 1 is divided into nine,
4 is a view showing a photocuring 3D printer to which a light irradiation unit is applied according to another embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a plan view showing an arrangement example of a light irradiation unit when the area under the main storage tank of FIG. 4 is divided into three.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분할 성형 지원형 광경화 3D 프린터를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a photo-curing 3D printer supporting split molding according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할 성형 지원형 광경화 3D 프린터를 나타내 보인 도면이고, 도 1의 광조사부의 일부를 발췌하여 도시한 사시도이다.FIG. 1 is a view showing a photo-curing 3D printer supporting divisional molding according to an embodiment of the present invention, and is a perspective view illustrating a part of the light irradiation unit of FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 분할 성형 지원형 광경화 3D 프린터(100)는 복수 개의 광조사부(110), 메인 수용조(130), 승강 조형스테이지(160)를 구비한다.Referring to FIGS. 1 and 2, the photo-curing
메인 수용조(130)는 사각형상의 투명 바닥면을 갖게 형성되어 있으며, 광경화성 수지가 저수된다.The
도시된 예와 다르게, 메인 수용조(130)에는 후술되는 광조사부(110)의 분할담당영역에 대응되게 형성되어 메인 수용조(130)내에 수용되는 분할담당 수용조(미도시)가 수용되고, 분할 담당 수용조에 광경화수지를 저수한 구조로 이용할 수 있음은 물론이다.Unlike the illustrated example, the
광조사부(110)는 광경화 수지를 저장할 수 있도록 된 메인 수용조(130)의 하부에 복수 개가 배치되어 메인 수용조(130)의 하부 영역에 대해 광조사영역을 분할담당하도록 설정된 분할담당영역으로 각각 광을 조사한다.The
광조사부(110)는 광원(112), 각형 반사하우징(114) 및 빔균일화부재(116)를 구비한다.The
광원(112)은 광을 출사하며 다수의 발광다이오드가 어레이되어 형성될 수 있다.The
각형 반사하우징(114)은 지지바디(111)에 장착되어 있고, 광원(112)이 안착되는 사각 바닥면(114a)의 각 변으로부터 상부가 개방된 내부공간을 갖게 상방으로 폭이 점진적으로 확장되게 연장되며 입사된 광을 반사시키는 4개의 측벽(114b)을 갖는 구조로 되어 있다.The square
여기서, 각형 반사하우징(114)의 측벽(114b)은 반사율이 높은 소재로 형성되거나, 반사율이 높은 반사층이 코팅처리되면 된다.Here, the
또한, 각형 반사하우징(114)은 광원(112)으로부터 확산되어 출사되는 광빔이 반사횟수가 증가하여 사각형상의 빔균일화 성능을 높일 수 있게 바닥면(114a)폭에 대해 측벽(114b) 상단 사이의 폭이 2배 이상이 되게 길게 연장되게 형성된다.In addition, the square
빔균일화부재(116)는 각형 반사하우징(114) 상부에 배치되어 각형 반사하우징(114)을 거쳐 진행되는 광의 균일도를 향상시키기 위해 다수의 파리눈렌즈(116a)가 어레이된 구조로 되어 있다.The
이러한 광조사부(110)는 메인 수용조(130)의 사각형상의 바닥면을 복수 개로 분할한 단위 분할영역을 각각 분할담당영역으로 담당하면서 광을 조사하도록 단위 분할영역 각각에 대응되게 마련된다.The
일 예로서, 도 3에 도시된 바와 같이 메인 수용조(130)의 사각형상의 바닥면을 가로 및 세로 방향으로 각각 3분할하여 전체적으로 9개로 분할한 경우 9개의 단위 분할영역(S)에 대해 독립적으로 광을 조사할 수 있게 광조사부(110)가 마련된다.As an example, as shown in FIG. 3, when the rectangular bottom surface of the
이 경우 9개의 단위 분할영역(S)이 분할담당영역이 되고, 각 단위분할영역에 광조사부(110)가 마련되어 광을 조사한다.In this case, the nine unit divided areas S become division areas, and a
또한, 단위분할영역은 메인 수용조(130)의 바닥면을 가로상으로 2개 및 세로상으로 2개의 단위분할 영역을 갖게 분할하고, 4개의 광조사부(110)가 단위분할영역에 각각 마련될 수 있다.In addition, the unit divided area is divided to have two unit divided areas horizontally and two vertically on the bottom surface of the
액정디스플레이(LCD)(120)는 메인 수용조(130)의 전체 성형영역에 해당하는 메인 수용조(130)의 바닥면의 대응되는 크기를 갖는 것이 적용되며, 후술되는 제1 및 제2편광판(131)(132)과 함께 각 광조사부(110)들로부터 조사된 광을 전체 성형 이미지에 대응되게 선택적으로 투과 또는 차단한다.The liquid crystal display (LCD) 120 is applied to have a size corresponding to the bottom surface of the
제1편광판(131)은 광조사부(110)와 액정디스플레이(120) 사이에 마련되어 있다.The first polarizing
제2편광판(132)은 액정디스플레이(120)와 메인 수용조(130) 사이에 마련되며 제1편광판(131)과 편광방향이 직교되게 배치되어 있다.The second polarizing
바람직하게는 열적 안정성을 높이도록 제1 및 제2편광판(131)(132)은 투명기판에 금속소재로 상호 이격되게 형성된 다수의 금속띠로 형성된다. 여기서 금속띠들은 가시광선에 대해 설정된 방향의 성분만 통과시키도록 수십 내지 수백 나노미터의 이격간격을 갖게 배치된다.Preferably, the first and second polarizing
승강조형 스테이지(160)는 메인 수용조(130)의 바닥으로부터 상방으로 빌드판(151)을 승강할 수 있게 설치되어 있다.The
승강 조형 스테이지(160)는 메인 수용조(130)에 복수개의 분할수지 저장조(미도시)가 적용되는 경우 적용되는 분할수지 저장조에 대응되게 복수개로 설치되면 된다.When a plurality of split resin storage tanks (not shown) are applied to the
승강 조형 스테이지(160)는 프레임(161)에 설치된 모터(162)에 의해 회전되는 리드스크류(163)와 리드스크류(163)의 회전에 의해 승하강될 수 있게 결합된 승하강부재(165)의 하단에 결합된 마그네틱 탈착부(167) 및 마그네틱 탈착부(167)에 착탈되는 빌드판(151)을 구비한다.The elevating
마그네틱 탈착부(167)는 빌드판(151)을 자력 생성 또는 해제에 의해 탈착할 수 있도록 되어 있다.The
빌드판(151)은 광경화수지의 광조사에 대응되는 성형품을 형성할 수 있도록 된 것으로, 판형으로 자력에 감응하는 소재 예를 들면 철 소재로 형성된다.The
한편, 광조사부(110)를 이동가능하게 구축하여 분할담당영역을 이동에 의해 담당할 수 있게 구축될 수 있고 그 예를 도 4를 참조하여 설명한다.On the other hand, the
도 4를 참조하면, 광조사부(110)는 메인 수용조(130)의 바닥면에 대해 길이방향을 따라 나란하게 복수 개로 분할한 단위 분할영역을 각각 이동하면서 광을 조사하여 담당하도록 단위 분할영역 보다 작은 광조사면적을 갖게 형성된다.Referring to FIG. 4, the
즉, 광조사부(110)는 지지바디(111)에 장착된 피니언(172)과, 지지바디(111)가 직선상으로 안내되면서 이동될 수 있게 형성된 슬라이딩바디(171)에 피니언(172)과 치합되게 형성된 랙기어(174) 및 피니언(172)을 정역 회전구동하는 모터(미도시)에 의해 지지바디(110)를 직선이동시키는 이송부(170)가 마련되어 있다.That is, the
이 경우 도 5에 도시된 바와 같이, 메인 수용조(130)의 바닥면에 대해 길이방향을 따라 나란하게 3개로 분할한 단위 분할영역(a)(b)(c)을 각각 광조사부(110)가 이동하면서 광을 조사하여 담당하도록 구축할 수 있다.In this case, as shown in FIG. 5, the
따라서, 광조사부(110)는 분할담당영역이 되는 단위 분할영역 보다 작은 광조사면적을 갖게 구축해도 되는 장점이 있다.Accordingly, the
상호 나란하게 구획되는 단위 분할영역은 도시된 예와 다르게 2개, 또는 4개 이상으로 적용될 수 있음은 물론이다.It goes without saying that two or four or more unit division regions partitioned parallel to each other may be applied differently from the illustrated example.
제어부(미도시)는 설정된 성형 조건에 대응되게 광조사부(110) 및 LCD(120)의 구동을 제어한다.The control unit (not shown) controls the driving of the
즉, 제어부는 형성하고자 하는 성형물의 각 층에 해당하는 성형패턴에 대응되는 광조사부(110)를 가동하고 성형패턴에 대응되는 광이 메인수용조(130)의 하부에 조사되게 액정디스플레이(120)를 제어한다. That is, the control unit operates the
이상에서 설명된 분할 성형 지원형 광경화 3D 프린터에 의하면, 광빔의 균일도를 향상시킬 수 있고 적용 광원의 수도 줄일 수 있어 유지 보수가 용이한 장점을 제공한다.According to the split molding support type photocurable 3D printer described above, the uniformity of the light beam can be improved and the number of applied light sources can be reduced, thereby providing an advantage of easy maintenance.
110: 광조사부 112: 광원
114: 각형 반사하우징 116: 빔균일화부재
130: 메인 수용조 160: 승강 조형스테이지
170: 이송부110: light irradiation unit 112: light source
114: square reflective housing 116: beam uniforming member
130: main storage tank 160: elevating molding stage
170: transfer unit
Claims (5)
상기 메인 수용조의 바닥으로부터 상방으로 빌드판을 승강할 수 있게 설치된 승강 조형스테이지와;
상기 메인 수용조의 하부에 배치되어 상기 메인 수용조의 하부 영역에 대해 분할담당하도록 설정된 분할담당영역으로 광을 조사하는 복수개의 광조사부와;
상기 광조사부들로부터 조사된 광을 선택적으로 투과 또는 차단하여 조형할 성형이미지에 대응되는 광을 투과시키는 액정디스플레이와;
광조사부와 상기 액정디스플레이 사이에 마련된 제1편광판과;
상기 액정디스플레이와 상기 메인 수용조 사이에 마련되며 상기 제1편광판과 편광방향이 직교되게 배치된 제2편광판;을 구비하고,
상기 광조사부는
광을 출사하는 광원과;
상기 광원이 안착되는 사각 바닥면의 각 변으로부터 상방으로 폭이 점진적으로 확장되게 연장되며 입사된 광을 반사시키는 4개의 측벽을 갖는 각형 반사 하우징과;
상기 각형 반사하우징을 거쳐 진행되는 광의 균일도를 향상시키기 위해 다수의 파리눈렌즈가 어레이된 빔균일화부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 분할 성형 지원형 광경화 3D 프린터.A main receiving tank configured to store a photocurable resin;
An elevating modeling stage installed to elevate the build plate upward from the bottom of the main receiving tank;
A plurality of light irradiating units disposed under the main receiving tank and irradiating light to a divided area set to divide the lower area of the main receiving tank;
A liquid crystal display for selectively transmitting or blocking the light irradiated from the light irradiation units to transmit light corresponding to the molded image to be shaped;
A first polarizing plate provided between the light irradiation unit and the liquid crystal display;
And a second polarizing plate provided between the liquid crystal display and the main receiving tank and disposed so that the first polarizing plate and the polarization direction are orthogonal to each other, and
The light irradiation unit
A light source for emitting light;
A quadrangular reflective housing having four sidewalls extending gradually upward from each side of the rectangular bottom surface on which the light source is mounted and reflecting incident light;
A photo-curing 3D printer supporting split molding, comprising: a beam equalizing member in which a plurality of fly-eye lenses are arrayed to improve the uniformity of light proceeding through the square reflective housing.
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