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KR102483586B1 - 고점도 레진을 취급하는 배트부를 포함하는 3차원 프린터 - Google Patents

고점도 레진을 취급하는 배트부를 포함하는 3차원 프린터 Download PDF

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KR102483586B1
KR102483586B1 KR1020210092387A KR20210092387A KR102483586B1 KR 102483586 B1 KR102483586 B1 KR 102483586B1 KR 1020210092387 A KR1020210092387 A KR 1020210092387A KR 20210092387 A KR20210092387 A KR 20210092387A KR 102483586 B1 KR102483586 B1 KR 102483586B1
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KR
South Korea
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resin
bat
blade
unit
disposed
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KR1020210092387A
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Inventor
조광호
이상규
정연성
Original Assignee
주식회사 쓰리디컨트롤즈
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Publication date
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Priority to US18/579,365 priority patent/US20240336009A1/en
Priority to JP2024502089A priority patent/JP7693254B2/ja
Priority to PCT/KR2022/009737 priority patent/WO2023287099A1/ko
Priority to EP22842361.2A priority patent/EP4371736A4/en
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Abstract

본 발명은 고점도 레진을 취급하는 배트부를 포함하는 3차원 프린터에 관한 것으로서, 레진 수용공간을 포함하고 레진 수용공간에 수용된 레진을 덮개부에 형성된 적어도 하나의 홀을 통해 상부로 밀어내는 피스톤부재를 포함하는 제1 배트부; 및 제1 배트부의 일 측에 배치되며 제1 배트부로부터 공급된 레진을 이용하여 제작한 구조물을 지지하는 제작 플랫폼을 포함하는 제2 배트부;를 포함할 수 있다.

Description

고점도 레진을 취급하는 배트부를 포함하는 3차원 프린터{3D PRINTER CONTAINING A VAT FOR HANDLING HIGH VISCOSITY RESIN}
본 발명은 고점도 레진을 취급하는 배트부를 포함하는 3차원 프린터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고점도 재료를 효과적으로 평탄화하도록 재료 공급 방식이 개선된 3차원 프린터이다.
일반적으로 탑다운 방식의 3차원 프린터는 수조(Vat)에 채워진 레진(Resin)의 상부에서 광원을 조사하여 경화시키고, 경화된 재료가 제작 플랫폼(Platform)의 상면 고정된 상태에서 Z축 구동부가 하부 방향으로 이동하면서 다음 재료 층들이 상부 방향으로 적층되면서 제작된다.
그러나, 탑다운 방식의 3차원 프린터 중에서 세라믹(Ceramic)을 사용하는 3차원 프린터는 세라믹의 높은 점성 때문에 제품 제작의 실패율이 현저히 높으며, 높은 불량률을 초래하는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 세라믹을 함유한 레진을 사용하는 3차원 프린터의 경우에는 블레이드가 양방향으로 왕복 운동하면서 레진을 평탄화하기 때문에 항상 블레이드의 진행 방향과 반대편에 위치한 블레이드의 뒷면에 레진이 묻게 된다. 이때 뒷면에 묻은 레진이 재료 평탄화를 위한 블레이드의 움직임에 의해 블레이드에서 떨어지면서 정상적인 재료층의 높이보다 높게 경화되게 된다. 이에 따라, 높게 경화된 재료층에는 다음 층 적층을 위해 왕복 운동하는 블레이드와 충돌하면서 크랙이 형성되어 제품의 완성도를 떨어뜨리는 문제가 있다.
따라서, 상술한 바와 같이 양방향으로 왕복 운동하면서 고점도 재료를 적층하여 제품을 제작하는 탑다운 방식의 3차원 프린터의 단점을 해결하기 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 고점도의 레진을 취급하는 3차원 프린터에서 레진의 표면을 효과적으로 평탄화하여 제품의 제작 완성도를 향상시킬 수 있는 3차원 프린터를 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고점도 레진을 취급하는 배트부를 포함하는 3차원 프린터는 레진 수용공간을 포함하고 레진 수용공간에 수용된 레진을 덮개부에 형성된 적어도 하나의 홀을 통해 상부로 밀어내는 피스톤부재를 포함하는 제1 배트부; 및 제1 배트부의 일 측에 배치되며 제1 배트부로부터 공급된 레진을 이용하여 제작한 구조물을 지지하는 제작 플랫폼을 포함하는 제2 배트부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 피스톤부재는 제1 배트부의 면적과 동일한 단면적을 갖는 판 형태로 형성되며 레진 수용공간에 수용되는 레진을 지지하는 받침부; 및 받침부의 하단부에 연결되어 덮개부의 하단면 높이까지 받침부를 승하강시키는 구동축;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제1 배트부와 제2 배트부 사이에는 배트부 외함의 높이 보다 낮은 벽체가 경계면으로 배치되고, 벽체의 상단면에 DLP 초점거리가 고정되어 배트부의 일 측에서 배트부의 타 측 사이를 왕복 이동하는 블레이드부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 블레이드부는 서로 대칭되는 방향으로 소정 각도 기울어진 블레이드 엣지면을 포함하는 제1 블레이드 및 제2 블레이드를 포함하며, 블레이드 엣지면에는 블레이드부의 블레이딩 과정에서 도포 또는 회수되는 레진을 가열하는 히팅부재가 블레이드부 엣지면의 길이 방향을 따라 연장되어 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제1 블레이드는 홀로부터 토출된 레진을 제2 배트부에 구비된 제작 플랫폼 상으로 공급하고, 제2 블레이드는 블레이드에 의해 도포되어 경화되고 남은 잔여 레진을 제1 배트부의 상측에 형성된 홀로 회수시킬 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 덮개부는 베이스부; 및 베이스부의 상부에 배치되어 슬라이딩되는 가변부를 포함하는 다층구조로 형성될 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 히팅부재를 포함하는 한 쌍의 틸트블레이드에 의해 고점도 레진을 블레이딩 하는 과정에서 재료를 효과적으로 공급하고 회수할 수 있다.
본 발명은 피스톤부재를 이용하여 재료를 공급하고 회수된 재료를 보관하는 방식의 수조를 3차원 프린터에 적용함에 따라 보다 고점도 레진을 취급하는 프린터의 구조를 단순화할 수 있다.
본 발명은 이동 방향에 따라 교차되는 블레이드는 일시적으로 고점도 레진을 상승시켜 블레이딩 작업을 수행함으로써 재료 표면에 생기는 기포를 최소화할 수 있다.
본 발명은 두 개의 블레이드가 서로 다른 방향에 대해 틸트되어 재료를 도포하고 회수하기 때문에 별도의 재료 회수부를 구비하지 않아도 되므로 구조가 간소화되어 3차원 프린터의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 1차 블레이드가 재료를 도포하고 2차 블레이드가 재료를 재도포 및 회수하면서 재료의 상단면이 두 개의 블레이드가 한번 왕복할 때 재료의 공급 및 회수가 한 번에 일어나기 때문에 제작물의 제작 속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 제품의 제작 실패를 최소화함에 따라 시장 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터용 배트부의 제1 배트부의 내부가 투영되도록 도시한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터용 배트부의 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린터용 배트부의 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 덮개부의 평면 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드를 Y축 방향으로 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 동작과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 동작 과정을 나타낸 예시도이다.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 설명에서 제1, 제2 등과 같은 서수식 표현은 서로 동등하고 독립된 객체를 설명하기 위한 것이며, 그 순서에 주(main)/부(sub) 또는 주(master)/종(slave)의 의미는 없는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 동작 과정을 나타낸 예시도이다.
본 발명의 3차원 프린터(1000)는 블레이드가 좌우 방향으로 왕복 이동하면서 제작 플랫폼 상에 레진(Resin)을 도포하면서 구조물을 층층이 적층하는 탑다운(Top-down) 방식의 프린터이다. 본 발명에서 3차원 프린터(1000)는 치과용 제작물(예: 치아, 치아보형물 등과 같은 소형 제작물)을 제작하는 것을 기본으로 하나, 탑다운 방식인 3차원 프린터의 특성 상 크기가 다소 크고 무거운 구조물도 제작할 수 있다.
도 1을 참조하면, 3차원 프린터(1000)는 베이스 플레이트(110), 상기 베이스 플레이트(110)의 일 영역에 고정되는 배트부(130), 상기 배트부(130)의 일 측에 배치되어 배트부(130)의 일 영역에 수용되는 고점도 레진을 상부에서 경화하는 광경화부(120), 광경화부(120)에 의해 경화되는 레진이 한 레이어(Layer)씩 적층되는 제작 플랫폼(140) 및 상기 고점도 레진을 도포 또는 회수하는 한 쌍의 블레이드로 이루어진 블레이드부(150)를 포함한다. 이때, 3차원 프린터는 베이스 플레이트(110)의 일 영역에 배치되어 3차원 프린터의 모든 동작을 관찰하고 제어할 수 있는 디스플레이부(160)를 더 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 베이스 플레이트(110)는 3차원 프린터의 상단면을 의미하는 구성이며, 복수의 구성들이 배치될 수 있다. 예를 들어, 베이스 플레이트(110)의 일 영역에는 3차원 프린터를 제어하기 위한 화면이 표시되는 디스플레이 장치가 배치될 수 있다. 또한, 베이스 플레이트(110)에는 레진을 경화시키는 광경화부(120)의 수직거리를 제어하기 위한 리니어 액추에이터(Linear actuator)가 배치될 수 있다.
배트부(130)는 고점도의 레진(Resin)을 수용하는 수조(Vat)이다. 여기서, 본 발명의 레진은 지르코니아(Zirconia, ZrO2)를 함유한 높은 점성의 물질이다. 레진의 점성은 지르코니아(ZrO2)의 함유량에 따라 상이해지지만 일반적으로 지르코니아(ZrO2)가 함유되지 않은 레진에 비해 점성이 매우 높은 편인 것으로 이해되는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 레진은 광경화 수지 또는 광중합 재료로 지칭될 수 있다.
한편, 본 발명의 3차원 프린터(1000)는 치과용 제작물을 만드는데 적합한 용도임에 따라, 사용되는 지르코니아(ZrO2)의 입자는 Tetragonal(정방형, 육면체) 형태의 입자와 Cubic(입방체, 정육면체) 형태의 입자가 혼합되어 제작되는 것을 특징으로 한다. 이때, 빛이 Tetragonal(정방형, 육면체) 형태의 입자가 많은 지르코니아를 통과하게 되면 빛의 산란이 많이 일어나기 때문에(이하, “광이 수평방향으로 확신되기 때문에) 투명도가 떨어진다.
이와 반대로, Cubic(입방체, 정육면체) 형태의 입자를 빛이 통과할 경우에는 빛이 산란하지 않고 똑바로 통과하기 때문에(이하, “광이 수직 방향으로 확산되기 때문에”라고도 함) 더욱 투명하게 보이게 되므로 우수한 심미성을 갖는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, Cubic 형태의 입자가 Tetragonal 형태의 입자 보다 많이 함유된 재료는 투명도가 높아 자연치아와 유사한 모습을 구현할 수 있기 때문에 치과용 재료로서 적합하다.
광경화부(120)는 배트부(130) 내에 수용되는 고점도의 광경화 수지를 경화시키는 구성으로서, 배트부의 일 측에 수직방향으로 연장되어 배치된다. 보다 상세하게, 광경화부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 배트부(130)의 일 측에 배치된 리니어 액추에이터(121, 이하, '고정축'이라고도 함), 고정축에 고정되어 X축 방향(이하, 수직 방향)으로 왕복 이동하는 지지블록(122) 및 제작 플렛폼(140)의 상부에 배치되며 제작 플랫폼(140)에 대응하는 영역에 하부 방향으로 자외선(Ultra Violet, UV)을 조사하는 광학렌즈(123)을 포함할 수 있다.
또한, 광경화부(120)에는 네트워크 통신망에 의해 컴퓨팅 장치로부터 위치 값을 전송받는 서보 모터(Servo motor) 또는 스테핑 모터(Stepping motor)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 광경화부의 지지블록(122)이 고정축(121)의 측면을 따라 상하 방향으로 직선 운동할 수 있다.
제작 플랫폼(140)은 상부에서 조사되는 UV 레이저 빔 또는 패턴화 된 자외선 이미지(DLP)에 의해 액상의 광경화 수지가 광중합반응(Photopolymerizaion, 이하 '열화 반응'이라고도 함)에 의해 경화되는 고체의 재료가 층층이 적층되는 구성이다. 이때, 제작 플랫폼(140)과 광학렌즈(123) 사이에는 UV LED가 조사되는 경로인 광경로가 형성된다.
블레이드부(150)는 좌우로 소정 각도 기울어져 단방향으로만 재료를 평탄화하도록 동작하는 구성으로서, 한 쌍의 틸트블레이드로 이루어진다. 여기서, 한 쌍의 틸트블레이드는 서로 마주보는 날의 면이 서로 대칭되는 각도로 틸트된(tilted) 형태를 갖는 직각삼각형의 블레이드로 이루어지며, 소정 각도로 기울어진 엣지면에는 고점도 레진을 가열하기 위한 용도인 히팅부재를 포함한다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술하기로 한다.
또한, 블레이드부(150)는 블레이드이송블록에 고정되어 Y축 방향으로 이동되는 것으로 이해되는 것이 바람직하다. 블레이드이송블록은 블레이드부(150)를 고정시키는 구성으로서, 베이스 플레이트(110)의 일 측에 배치된 기어부에 체결된 체인(Chain)에 체결되어 Y축 방향으로 이동할 수 있다.
한편, 본 발명에서 블레이드부(150)는 '틸티드 블레이드(Tilted blades)부'라고 지칭될 수도 있다. 블레이드부(150)에 대한 보다 상세한 설명은 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터용 배트부의 제1 배트부의 내부가 투영되도록 도시한 예시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터용 배트부의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 배트부(130)는 제1 배트부(131) 및 제2 배트부(132)를 포함할 수 있다.
제1 배트부(131)는 레진을 수용하는 레진 수용공간(380)에 담긴 레진을 덮개부에 형성된 적어도 하나의 홀을 통해 상부로 밀어내는 피스톤부재(170)를 구비하는 구성이다. 보다 상세하게, 피스톤부재(170)는 제1 배트부(131)의 면적과 동일한 단면적을 갖는 판 형태의 받침부(171) 및 받침부(171)의 하단부에 연결되어 받침부(171)를 왕복 이동시키는 구동축(172)을 포함할 수 있다. 이때, 구동축(172)의 최하단부에는 구동축(172)의 움직임을 제어하는 모터가 더 연결되어 배치될 수 있으나 설명의 편의를 위해 생략된 것으로 이해되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 레진 수용공간(380)은, 제1 배트부(170)의 받침부(171)의 상부 영역 즉, 받침부(171)와 덮개부(133) 사이의 공간을 의미한다. 본 발명의 레진 수용공간(380)에 수용되는 레진을 공급하는 방식은 3차원 프린터(1000)의 사용자가 덮개부(133)를 체결하기 전 레진 수용공간(380)에 채워 넣는 방식이기 때문에, 별도의 레진 공급용 펌프 또는 배트부 이외의 레진 공급부가 생략될 수 있어 프린터의 구조를 단순화할 수 있다.
또한, 덮개부(133)는 제1 배트부(131)의 벽면에 고정된 베이스부(133-1) 및 상기 베이스부의 상부에 배치되어 슬라이딩 되는 가변부(133-2)를 포함하는 다층 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 베이스부(133-1)는 제1 배트부(131)와 제2 배트부(132) 사이에 배치된 벽체의 상단면과 동일한 높이에 배치된다. 여기서, 벽체는 제1 배트부(131)와 제2 배트부(132) 사이에 배치된 경계면으로서, 배트부(150) 외함의 높이 보다 낮게 형성되어 DLP 초점거리로서 기능을 한다. 이때, 베이스부(133-1)는 제1 배트부(131)의 단변적 보다 작게 형성되며, 이에 따라 상기 벽체와 베이스부(133-1) 사이에 직사각형 형상의 홀이 형성될 수 있다. 여기서, 홀은 레진 수용공간(380)에 수용된 레진이 피스톤부재(170)의 움직임에 의해 외부로 분출될 수 있도록 하는 구성이다. 홀의 크기는 제1 배트부(131) 단면적의 절반 미만인 것으로 도시하였으나 실시예에 따라 용이하게 설계 변경 가능하다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린터용 배트부의 단면도이다. 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 덮개부의 평면 예시도이다. 도 4a에 도시된 배트부는 도 3의 제1 배트부 측에 배치되는 덮개부의 형태만 상이할 뿐 나머지 구성은 실질적으로 동일하므로 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 4a를 참조하면, 제1 배트부(133-1)의 상부에는 복수의 홀이 형성된 덮개부(433)가 배치될 수 있다. 덮개부(433)에 형성된 복수의 미세한 홀을 통해서 고점도의 레진이 피스톤부재(170)의 왕복 이동에 따라 상부로 분출될 수 있다.
덮개부(433)는 도 4b의 (i)에 도시된 바와 같이 길게 나란히 형성된 복수의 홀이 형성된 형태일 수 있고, (ii)에 도시된 바와 같이 정사각형 형태의 홀이 복수개 형성된 그물망 형태일 수 있다. 이때, 덮개부는 배트부(130)의 재질과 동일한 재질로 형성될 수 있고, 예를 들면, 알루미늄, 스테인리스강 또는 철로 이루어질 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따른 덮개부(433)는 하나의 층으로 이루어진 것으로 설명하였으나, 본 발명의 3차원 프린터의 블레이드에 의해 레진 수용공간(480)으로 재회수되는 레진에 포함된 이물질을 걸러낼 수 있도록 덮개부(433)의 하단부에 필터층이 더 배치될 수 있다. 이때, 필터층은 덮개부에 형성된 홀 보다 작은 크기의 홀이 형성된 메쉬 망일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드를 Y축 방향으로 자른 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 동작과정을 설명하기 위한 순서도이다. 도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 동작 과정을 나타낸 예시도이다.
단계 S100에서, 제1 배트부(131)의 레진 수용공간(380)에 고점도 레진을 채운 후 피스톤부재(170)를 이용하여 상부로 레진(Resin)을 토출시킨다. 이때, 레진은 사용자에 의해 수동으로 채워지는 것으로 이해되는 것이 바람직하다.
이어서 단계 S200(이하, '1차 평탄화 단계'라고도 함)에서, 제1 배트부(131)로부터 토출된 레진은 제1 블레이드(151)에 의해 제2 배트부(132) 측으로 이동하여 제작 플랫폼(140) 상부에 채워진다. 이때, 제작 플랫폼(140)은 하나의 레이어를 제작하기 위한 높이만큼 하강하며, 제작 플랫폼(140) 상에 채워지는 레진의 상단면은 제1 블레이드(151)에 의해 1차 평탄화된다.
보다 상세하게, 1차 평탄화 단계(S200)에서는 제1 블레이드(151)가 하강하고 제2 블레이드(152)는 상승한 상태에서 재료가 공급되고 재료 표면의 평탄화가 이루어진다. 이때, 도 7a의 ①, ②에 도시된 바와 같이, 제1 블레이드(151)에 의한 평탄화는 블레이드부(150)가 제2 배트부(152) 측으로 이동할 때, 제1 배트부(151)와 제2 배트부(152) 사이에 배치된 벽면에 DLP 초점거리가 고정된 상태에서 제2 배트부(152) 측으로 이동하면서 제작 플랫폼(140) 상부에 채워진 레진의 표면을 지나가면서 이루어지는 것을 알 수 있다.
이때, 제1 블레이드(151)는 소정 각도를 갖는 엣지면을 통해 레진을 도포하면서 이동하고, 제2 블레이드(152)는 재료 도포에 관여하지 않도록 크랭크축(157)에 의해 높이 상승하여 재료의 상단부와 이격된 높이를 갖을 수 있다. 여기서, 제1 블레이드(151)의 엣지면은 수평 방향에 대해 예각을 이루고 있기 때문에 레진들을 모두 감싸지면서 이동시킬 수 있다. 한편, 도 7a의 ②단계에서 제작 플랫폼(140) 상에 채워지는 레진은 고점성을 갖는 광경화 수지의 특성 상 블레이드를 슬라이딩하여 도포하더라도 기포가 생기는 등 하나의 레이어 제작 위한 만큼의 양이 채워지지 않을 수 있기 때문에, 제작의 정확도를 위해 하나의 레이어를 경화시키기 위한 양보다 조금 더 많은 양일 수 있다. 다시 말해, 1차 평탄화 단계(S200, 이하, '1차 블레이딩 단계'라고도 함)의 목적은 수십 μm의 레이어를 경화하여 적층시키기 위해 수백 μm의 레진을 도포하기 위함이다.
이어서, 단계 S300(이하, '블레이드 높이 변경 단계'라고도 함)에서 도 7a의 ③처럼 1차 평탄화 작업을 완료한 제1 블레이드(151)를 위로 상승시키고, 제2 블레이드(152)는 1차 평탄화 작업 이후 잔여 레진이 1차 블레이딩 과정에서 미처 채워지지 못한 공간에 재료를 재도포함과 동시에 잔여 레진이 회수되도록 아래로 하강시킨다. 이때, 제2 블레이드(152)는 제1 배트부(151)와 제2 배트부(152) 사이에 배치된 벽체의 상단면 높이까지 하강하도록 설정된다. 즉, 벽체는 블레이드의 DLP 초점거리인 것으로 이해될 수 있다. 이때, 제1 블레이드(151)는 레진과의 간섭이 없을 정도로 상승된 높이를 유지하는 것으로 이해될 수 있다.
또한, S300단계에서 제작 플랫폼(140)은 S200단계에서 경화되어 적층된 레이어의 상단면과 상기 벽체의 상단면이 평행한 높이만큼 상승하게 된다.
블레이드의 움직임을 보다 상세하게 설명하기 위해 도 5를 참조하면, 제1 블레이드(151)가 상승하고 제2 블레이드(152)가 하강할 때 크랭크축(157)에 의해 이동축(156)이 상하 방향으로 직선운동한다. 이때, 이동축(156)은 이동축(156)의 하단부의 내측에 배치된 스프링(155)에 의해 움직이는 것을 특징으로 한다. 이동축(156)이 상하 방향으로 이동함에 따라 하단부에 배치된 이동축의 하단부를 감싸는 블록(154)이 하단부에 배치된 높이조절폼(153)을 상하 방향으로 이동시켜 제1,2블레이드(151, 152)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
이어서, 단계 S400(이하, '2차 평탄화 단계'라고도 함)에서, 위치가 아래로 하강한 제2 블레이드(152)는 제1 배트부(131)를 향해 이동하면서 재료를 2차 도포함과 동시에 잔여 레진들을 회수한다. 이때, 제작 플랫폼(140)의 상부에 채워진 레진의 최종 높이는 하나의 레이어를 제작할 수 있는 높이일 수 있다. 이처럼, 도 7a의 ④처럼 단계 S400를 통해 레진의 상단면이 2차 블레이딩됨에 따라, ⑤단계에서 완성도 높은 레이어를 제작할 수 있다.
도 7b의 ⑥ 내지 ⑩은 상술한 바와 같이 동일한 과정을 반복하여 2번째 레이어를 제작하는 것을 나타낸 예시도로서 중복설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 한 쌍의 블레이드에는 엣지면에 히팅부재(158)가 배치됨에 따라 고점도의 레진을 도포 또는 회수하는 과정에서 레진의 유동성을 일시적으로 높여줄 수 있는 효과가 있다. 따라서, 제1 블레이드(151)의 히팅부재(158)가 1차 블레이딩하는 단계(S200)에서 엣지면에 닿는 레진의 온도를 일시적으로 상승시켜 고점도의 레진을 제2 배트부(132) 측으로 손쉽게 이동시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 제2 블레이드(152)의 히팅부재(158)가 2차 블레이딩하는 단계(S400)에서 엣지면에 닿는 레진을 일시적으로 가열하여 효과적으로 블레이딩되도록 함으로써 효과적으로 재료 회수가 이루어져 구조물의 제작 완성도를 높일 수 있다.
블레이드(151, 152)의 엣지에 배치되는 히팅부재(158)는 도 5처럼 판상형의 열전도체일 수 있다. 도 5에서는 이해를 돕고자 히팅부재(158)의 두께를 두껍게 도시했지만 실질적으로는 매우 얇은 도체판 또는 도선 형태인 것으로 이해되는 것이 바람직하다.
이처럼, 본 발명은 히팅부재(158)를 포함하는 한 쌍의 틸트블레이드(151, 152)에 의해 고점도 레진을 블레이딩 하는 과정에서 재료를 효과적으로 공급하고 회수할 수 있다.
본 발명은 피스톤부재(170)를 이용하여 재료를 공급하고 회수된 재료를 보관하는 방식의 배트(Vat)를 3차원 프린터에 적용함에 따라 보다 고점도 레진을 취급하는 프린터의 구조를 단순화할 수 있다.
본 발명은 이동 방향에 따라 교차되는 블레이드(151, 152)는 일시적으로 고점도 레진을 상승시켜 블레이딩 작업을 수행함으로써 재료 표면에 생기는 기포를 최소화할 수 있다.
본 발명은 두 개의 블레이드(151, 152)가 서로 다른 방향에 대해 틸트되어 재료를 도포하고 회수하기 때문에 별도의 재료 회수부를 구비하지 않아도 되므로 구조가 간소화되어 3차원 프린터(1000)의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 1차 블레이드(151)가 재료를 도포하고 2차 블레이드(152)가 재료를 재도포 및 회수하면서 재료의 상단면이 두 개의 블레이드가 한번 왕복할 때 재료의 공급 및 회수가 한 번에 일어나기 때문에 제작물의 제작 속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 제품의 제작 실패를 최소화함에 따라 시장 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 재료를 도포하는 블레이드와 경화하고 남은 잔여 레진을 회수하는 블레이드가 순차적으로 동작함에 따라, 블레이드의 뒷면에 묻은 고점도 레진이 광중합 반응 시 레진이 기 적층된 재료층에 떨어져 정상적인 높이 보다 높게 경화되는 종래와 문제점을 해결할 수 있다. 이에 따라, 기 경화된 재료층과 블레이드의 충돌로 인해 크랙이 발생하는 문제를 방지함으로써 제작 성공률을 극대화할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000: 3차원 프린터 110: 베이스 플레이트
120: 광경화부 130: 배트부
131: 제1 배트부 132: 제2 배트부
140: 제작 플랫폼 150: 블레이드부
151: 제1 블레이드 152: 제2 블레이드
153: 높이조절폼 154: 블록
155: 스프링 156: 이동축
157: 크랭크축 158: 히팅부재
160: 디스플레이부 170: 피스톤부재

Claims (6)

  1. 고점도 레진을 경화하는 광경화부 하부에 배치되며 두 개의 영역으로 분리된 배트부; 및
    상기 배트부 상에 배치되며 레진을 1차 평탄화하는 제1 블레이드와 상기 제1 블레이드에 의해 도포되고 남은 레진을 2차 평탄화한 후 잔여 레진을 회수하는 제2 블레이드를 포함하는 블레이드부;를 포함하고,
    상기 배트부는,
    내측에 배치된 피스톤부재를 이용해 레진을 공급 및 회수하는 제1 배트부; 상기 제1 배트부 측면에 배치되며 상기 제1 배트부로부터 공급되는 레진을 이용하여 제작되는 제작물을 지지하는 제작 플랫폼을 내측에 포함하는 제2 배트부;를 포함하고,
    상기 피스톤부재가 상 방향으로 이동하면 상기 제1 배트부의 상부에 배치된 덮개부와 상기 피스톤부재 사이에 위치한 레진 수용공간에 수용된 레진을 상부로 밀어내어 상기 덮개부에 의해 형성된 홀을 통해 토출된 레진이 상기 제1 블레이드에 의해 상기 제작 플랫폼 상으로 도포되고,
    상기 피스톤부재가 하 방향으로 이동하면 상기 제2 블레이드가 상기 제1 블레이드에 의해 도포되어 경화되고 남은 상기 잔여 레진을 상기 레진 수용공간으로 회수시키는, 고점도 레진을 취급하는 배트부를 포함하는 3차원 프린터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤부재는
    상기 제1 배트부의 면적과 동일한 단면적을 갖는 판 형태로 형성되며 상기 레진 수용공간에 수용된 레진을 지지하는 받침부; 및
    상기 받침부의 하단부에 수직으로 연결되어 상기 덮개부의 하단면 높이까지 상기 받침부를 승하강시키는 구동축;을 포함하고,
    상기 제2 블레이드가 상기 남은 잔여 레진을 회수하는 경우 상기 피스톤부재는 하부 방향으로 이동하며 상기 홀을 통해 회수한 레진이 상기 레진 수용공간에 저장되는, 고점도 레진을 취급하는 배트부를 포함하는 3차원 프린터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배트부와 상기 제2 배트부 사이에는 상기 배트부 외함의 높이 보다 낮은 벽체가 경계면으로 배치되고,
    상기 블레이드부는 상기 벽체의 상단면에 DLP 초점거리가 고정되어 상기 벽체에서 상기 제2 배트부의 가장자리 사이를 왕복 이동하며 레진을 평탄화하는, 고점도 레진을 취급하는 배트부를 포함하는 3차원 프린터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 블레이드 및 상기 제2 블레이드는 서로 대칭되는 방향으로 소정 각도 기울어진 블레이드 엣지면을 포함하며,
    상기 블레이드 엣지면에는 상기 블레이드부의 블레이딩 과정에서 도포 또는 회수되는 레진을 가열하는 히팅부재가 상기 블레이드부 엣지면의 길이 방향을 따라 연장되어 배치되는, 고점도 레진을 취급하는 배트부를 포함하는 3차원 프린터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 덮개부의 하단에 배치되며 상기 제2 블레이드에 의해 재회수되는 레진에 포함된 이물질을 걸러내는 필터층;을 더 포함하는, 고점도 레진을 취급하는 배트부를 포함하는 3차원 프린터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 덮개부는 베이스부; 및 상기 베이스부의 상부에 배치되어 슬라이딩되어 상기 제1 배트부의 상면에 상기 홀을 형성하는 가변부를 포함하는 다층구조로 형성되는, 고점도 레진을 취급하는 배트부를 포함하는 3차원 프린터.
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