KR102171813B1 - optical beam irradiation apparatus of 3D printer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 성형 재료에 레이저를 조사하여 성형할 수 있도록 된 3D 프린터의 레이저 조사장치에 관한 것으로서, 레이저 광원에서 출사되는 광을 평행광으로 변환시키는 메인 콜리메이팅 렌즈와, 메인 콜리메이팅 렌즈를 통해 출사되는 광의 메인 광출사경로에 입출되면서 광빔의 단면적 크기를 조정하는 빔사이즈 조정부와, 빔사이즈 조정부를 거쳐 진행되는 광을 설정된 목표 위치로 조사되게 스캔하는 빔스캔부를 구비하고, 빔사이즈 조정부는 메인 광출사경로 내에 진입된 상태에서 광을 확산시키며 음의 값의 제1초점거리를 갖는 확산렌즈와, 메인 광출사경로 내에 진입된 상태에서 확산렌즈를 통해 확산되는 광을 평행광으로 변환시키며 양의 값의 초점거리를 갖는 적어도 하나의 볼록렌즈와, 확산렌즈와 볼록렌즈를 입출되게 구동하는 입출 구동부를 구비하고, 메인 광출사경로상에서 확산렌즈와 볼록렌즈 사이의 이격거리는 볼록렌즈의 초점거리에서 제1초점거리를 합산한 값에 해당하는 거리를 갖도록 되어 있다.The present invention relates to a laser irradiation device of a 3D printer capable of forming by irradiating a laser on a molding material, and a main collimating lens converting light emitted from a laser light source into parallel light, and a main collimating lens. A beam size adjustment unit that adjusts the size of a cross-sectional area of the light beam while entering and exiting the main light output path of the light, and a beam scanning unit that scans the light traveling through the beam size adjustment unit to be irradiated to a set target position, and the beam size adjustment unit Diffused light while entering the exit path and converts the light diffused through the diffuser lens into a positive value by diffusing light with a negative first focal length and entering the main light exit path. At least one convex lens having a focal length of and an input/output driving unit for driving the diffusion lens and the convex lens in and out, and a separation distance between the diffusion lens and the convex lens on the main light exit path is a first from the focal length of the convex lens It is designed to have a distance corresponding to the sum of the focal lengths.

Description

3D 프린터의 광조사 장치{optical beam irradiation apparatus of 3D printer} Optical beam irradiation apparatus of 3D printer

본 발명은 3D 프린터의 광조사 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 광빔의 사이즈를 가변시켜 입체 성형할 수 있도록 지원하는 3D 프린터의 광조사 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a light irradiation device of a 3D printer, and more particularly, to a light irradiation device of a 3D printer that supports three-dimensional molding by varying the size of a light beam.

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(StereoLithography 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), 열가소성 수지를 이용한 IM(Inkjet modeling), 석회가루를 이용한 3DP(3 Dimension Printing)등이 있다.That is, in the 3D printer method, SLA (StereoLithography Apparatus) using the principle of curing the scanned part by scanning a laser beam on a photocurable resin, and a functional polymer or metal powder instead of the photocurable resin in SLA are used as laser beams. There are SLS (Selective Laser Sintering) using the principle of solidifying and molding functional polymer or metal powder by scanning, IM (Inkjet modeling) using thermoplastic resin, and 3DP (3 Dimension Printing) using lime powder.

기존의 SLA 방식은 광경화성 수지를 이용하는 방법으로 미국특허 4,575,330호에 개시되어 있다.The existing SLA method is disclosed in US Patent 4,575,330 as a method using a photocurable resin.

한편, 광경화성 수지에 동일한 빔사이즈를 조사하면서 성형하는 경우 성형 속도는 빔사이즈에 영향을 받는다.On the other hand, in the case of molding while irradiating the same beam size to the photocurable resin, the molding speed is affected by the beam size.

즉, 빔 사이즈가 작을 경우 성형 정밀도는 높일 수 있으나 성형속도가 낮아지고, 빔 사이즈가 클 경우 성형 정밀도는 떨어지나 성형속도는 향상시킬 수 있다.That is, if the beam size is small, the molding accuracy can be increased, but the molding speed is lowered. If the beam size is large, the molding accuracy is lowered, but the molding speed can be improved.

따라서, 성형 정밀도와 성형 속도를 모두 높일 수 있는 광조사방식이 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for a light irradiation method capable of increasing both the molding accuracy and the molding speed.

한편, 광경로 상으로 렌즈를 입출시켜 광빔의 크기를 조정하는 경우 진입된 렌즈를 통과하여 생성되는 광이 평행광이 아닌 경우 광빔의 크기를 다양하게 조정하기 어려운 단점이 있다.On the other hand, when the size of the light beam is adjusted by entering and leaving the lens on the optical path, there is a disadvantage in that it is difficult to adjust the size of the light beam in various ways if the light generated through the entered lens is not parallel light.

본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 높은 정밀도가 요구되는 성형 부분에서는 광빔의 사이즈를 축소시키고, 높은 정밀도가 요구되지 않은 성형 부분에서는 광빔의 사이즈를 확대시켜 성형할 수 있도록 평형빔의 상태를 유지하면서 평형빔의 단면 크기를 조정할 수 있도록 지원하는 3D 프린터의 광조사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above requirements, so that the size of the light beam can be reduced in molding parts requiring high precision, and the size of the light beam can be enlarged in molding parts where high precision is not required. An object thereof is to provide a 3D printer light irradiation apparatus that supports adjusting the cross-sectional size of the balanced beam while maintaining the state of the balanced beam.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3D 프린터의 광조사 장치는 성형 재료에 레이저를 조사하여 성형할 수 있도록 된 3D 프린터의 레이저 조사장치에 있어서, 레이저 광을 출사하는 레이저 광원과; 상기 레이저 광원에서 출사되는 광을 평행광으로 변환시키는 메인 콜리메이팅 렌즈와; 상기 메인 콜리메이팅 렌즈를 통해 출사되는 광의 메인 광출사경로에 입출되면서 광빔의 단면적 크기를 조정하는 빔사이즈 조정부와; 상기 빔사이즈 조정부를 거쳐 진행되는 광을 설정된 목표 위치로 조사되게 스캔하는 빔스캔부;를 구비하고, 상기 빔사이즈 조정부는 상기 메인 콜리메이팅 렌즈를 통해 진행되는 광의 진행경로상의 상기 메인 광출사경로 내외로 입출되게 설치되며 상기 메인 광출사경로 내에 진입된 상태에서 상기 메인 콜리메이팅 렌즈를 통해 진행되는 광을 확산시키며 음의 값의 제1초점거리를 갖는 확산렌즈와; 상기 확산렌즈를 통해 진행되는 광의 진행경로상의 상기 메인 광출사경로 내외로 입출되게 설치되며 상기 메인 광출사경로 내에 진입된 상태에서 상기 확산렌즈를 통해 확산되는 광을 평행광으로 변환시키며 양의 값의 초점거리를 갖는 적어도 하나의 볼록렌즈와; 상기 확산렌즈와 상기 볼록렌즈의 상기 메인 광출사경로 내외로 입출되게 구동하는 입출 구동부;를 구비하고, 상기 메인 광출사경로상에서 상기 확산렌즈와 상기 볼록렌즈 사이의 이격거리는 상기 볼록렌즈의 초점거리에서 상기 제1초점거리를 합산한 값에 해당하는 거리를 갖도록 되어 있다.In order to achieve the above object, the light irradiation apparatus of a 3D printer according to the present invention is a laser irradiation apparatus of a 3D printer capable of forming by irradiating a laser to a molding material, comprising: a laser light source emitting laser light; A main collimating lens that converts the light emitted from the laser light source into parallel light; A beam size adjusting unit configured to adjust the cross-sectional area size of the light beam while entering and leaving the main light exit path of the light emitted through the main collimating lens; And a beam scanning unit that scans the light proceeding through the beam size adjusting unit to be irradiated to a set target position, wherein the beam size adjusting unit is inside and outside the main light exit path on a path of light proceeding through the main collimating lens. A diffusing lens having a negative first focal length and diffusing light traveling through the main collimating lens while entering the main light exit path; It is installed to enter and exit into and out of the main light exit path on the path of light proceeding through the diffusion lens, and converts the light diffused through the diffusion lens into parallel light while entering the main light exit path. At least one convex lens having a focal length; An input/output driving unit for driving in and out of the main light output path of the diffusion lens and the convex lens, and a separation distance between the diffusion lens and the convex lens on the main light output path is at a focal length of the convex lens. It is designed to have a distance corresponding to the sum of the first focal length.

바람직하게는 상기 빔사이즈 조정부는 상기 메인 콜리메이팅 렌즈를 통해 진행되는 광의 빔 직경을 2배로 확장시킬 수 있는 제1볼록렌즈와, 상기 메인 콜리메이팅 렌즈를 통해 진행되는 광의 빔 직경을 3배로 확장시킬 수 있는 제2볼록렌즈가 적용된다.Preferably, the beam size adjustment unit expands the first convex lens to double the beam diameter of light traveling through the main collimating lens, and three times the beam diameter of light traveling through the main collimating lens. A second convex lens capable of being applied is applied.

또한, 상기 입출구동부는 상기 확산렌즈와 상기 볼록렌즈 각각을 지지하여 지지링과, 상기 지지링으로부터 연장된 가동바를 갖는 홀더와; 상기 가동바의 종단과 결합되어 상기 지지링의 중심을 상기 메인 광출사경로 내외로 입출되게 회동시키는 구동모터와; 상기 구동모터의 회전축을 회전가능하게 지지하는 하우징에 상기 가동바가 상기 메인 광출사경로 내의 진입위치에 도달되면 과이동을 방지하게 상기 가동바를 간섭하는 제1과이동 방지스토퍼;와 상기 가동바가 상기 메인 광출사경로를 벗어난 대기위치에 도달되면 과이동을 방지하게 상기 가동바를 간섭하는 제2과이동 방지스토퍼;를 더 구비하는 것이 바람직하다.In addition, the inlet and outlet driving portion includes a holder having a support ring supporting each of the diffusion lens and the convex lens, and a movable bar extending from the support ring; A driving motor coupled to an end of the movable bar to rotate the center of the support ring to enter and exit the main light exit path; A first over-movement stopper interfering with the movable bar to prevent over-movement when the movable bar reaches an entry position in the main light output path in a housing rotatably supporting the rotation axis of the drive motor; and the movable bar is the main light-emitting path. It is preferable to further include a second over-movement prevention stopper that interferes with the movable bar to prevent over-movement when reaching a standby position out of the light output path.

본 발명에 따른 3D 프린터의 광조사 장치에 의하면, 평행광을 유지하면서 성형할 영역에 조사할 광빔의 사이즈를 조정하여 제공할 수 있어 성형할 영역에 대해 광빔의 사이즈를 변경하면서 성형 속도 및 정밀도를 조정할 수 있는 장점을 제공한다.According to the light irradiation device of a 3D printer according to the present invention, it is possible to provide by adjusting the size of the light beam to be irradiated to the area to be formed while maintaining parallel light, thereby increasing the molding speed and precision while changing the size of the light beam for the area to be formed Offers the advantage of being able to adjust.

도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터의 광조사 장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 빔사이즈 조정부를 개략적으로 나타내 보인 도면이고,
도 3은 도 2의 렌즈의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 광빔의 사이즈 변화과정을 설명하기 위해 도 2의 빔사이즈 조정부가 메인 광출사 경로를 벗어난 상태의 광빔을 나타내 보인 도면이고,
도 5는 광빔의 사이즈 변화과정을 설명하기 위해 도 2의 빔사이즈 조정부의 메인 광출사 경로에 확산렌즈와 제1볼록렌즈가 진입된 상태의 광빔의 변화를 나타내 보인 도면이고,
도 6은 광빔의 사이즈 변화과정을 설명하기 위해 도 2의 빔사이즈 조정부의 메인 광출사 경로에 확산렌즈와 제2볼록렌즈가 진입된 상태의 광빔의 변화를 나타내 보인 도면이고,
도 7은 빔사이즈 조정부의 입출구동부의 구조를 나타내 보인 도면이고,
도 8은 광조사장치를 이용하여 성형하기 위한 광조사패턴을 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 도 1의 빔 스캔부의 일 예를 나타내 보인 도면이다.1 is a view showing a light irradiation device of a 3D printer according to the present invention,
2 is a view schematically showing the beam size adjusting unit of FIG. 1,
3 is a view for explaining the arrangement structure of the lens of FIG. 2,
4 is a view showing a light beam in a state in which the beam size adjusting unit of FIG. 2 deviates from the main light exit path to explain the process of changing the size of the light beam,
FIG. 5 is a view showing a change in a light beam in a state in which a diffusion lens and a first convex lens enter the main light exit path of the beam size adjustment unit of FIG. 2 to explain the process of changing the size of the light beam;
FIG. 6 is a view showing a change in a light beam in a state in which a diffusion lens and a second convex lens enter the main light exit path of the beam size adjustment unit of FIG. 2 to explain the process of changing the size of the light beam;
7 is a diagram showing the structure of the entrance/exit drive unit of the beam size adjustment unit,
8 is a diagram for explaining a light irradiation pattern for molding using a light irradiation device,
9 is a diagram illustrating an example of a beam scan unit of FIG. 1.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터의 광조사 장치를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a light irradiation apparatus of a 3D printer according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터의 광조사 장치를 나타내 보인 도면이다.1 is a view showing a light irradiation apparatus of a 3D printer according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광조사 장치(100)는 레이저 광원(110), 메인 콜리메이팅 렌즈(120), 빔사이즈 조정부(200), 빔스캔부(140)를 구비한다.Referring to FIG. 1, a light irradiation apparatus 100 according to the present invention includes a laser light source 110, a main collimating lens 120, a beam size adjusting unit 200, and a beam scanning unit 140.

레이저 광원(110)은 레이저 광을 출사한다.The laser light source 110 emits laser light.

메인 콜리메이팅렌즈(120)는 레이저 광원에서 출사되는 광을 평행빔으로 변환시킨다.The main collimating lens 120 converts the light emitted from the laser light source into a parallel beam.

빔사이즈 조정부(200)는 레이저 광원(110)에서 출사된 후 메인 콜리메이팅 렌즈(120)를 통해 출사되는 광의 메인 광출사경로(120a)에 입출되면서 광빔의 단면적 크기를 조정할 수 있도록 되어 있다.The beam size adjustment unit 200 is configured to adjust the size of the cross-sectional area of the light beam as it enters and exits the main light output path 120a of the light emitted from the laser light source 110 and then emitted through the main collimating lens 120.

빔사이즈 조정부(200)의 상세 구조는 후술한다.The detailed structure of the beam size adjustment unit 200 will be described later.

빔스캔부(140)는 빔사이즈 조정부(200)를 거쳐 진행되는 광을 설정된 목표 위치로 조사되게 광의 진행방향을 조정한다.The beam scanning unit 140 adjusts the traveling direction of light so that the light traveling through the beam size adjusting unit 200 is irradiated to a set target position.

빔스캔부(140)는 통상적인 구조로 구축되면 되고, 도 9에 예시된 바와 같이 빔사이즈 조정부(200)를 거쳐 진행되는 광에 대해 성형면(152)을 기준으로 제1방향에 대한 조사방향을 제1반사경(141)의 각도를 조정하여 조정하는 제1방향조정기(143)와, 제1반사경(141)을 거쳐 진행되는 광에 대해 제1방향과 직교하는 제2방향에 대해 제2반사경(142)의 각도를 조정하여 조정하는 제2방향조정기(145)로 구축될 수 있다.The beam scan unit 140 may be constructed in a conventional structure, and the irradiation direction in the first direction with respect to the forming surface 152 for the light proceeding through the beam size adjusting unit 200 as illustrated in FIG. 9. A first direction adjuster 143 for adjusting the angle of the first reflector 141 and a second reflector for a second direction orthogonal to the first direction for light traveling through the first reflector 141 It may be constructed with a second direction adjuster 145 that adjusts by adjusting the angle of 142.

참조부호 147은 에프세타(f-θ)렌즈이다.Reference numeral 147 denotes an ftheta (f-θ) lens.

성형부(150)는 성형재료를 공급하면서 조사되는 레이저 빔에 의해 성형이 이루어질 수 있도록 되어 있다.The molding unit 150 is configured to be formed by a laser beam irradiated while supplying a molding material.

도시된 예에서는 성형재료로서 광경화 수지가 저수된 수조(151)내에 승하강 되게 마련된 베이스 플랫폼(153)을 승하강 봉(154)을 통해 점진적으로 하강시키면서 조사된 레이저 빔에 의해 경화된 수지에 의해 성형될 수 있도록 되어 있다.In the illustrated example, the base platform 153, which is provided to be elevated in the water tank 151 in which the photocurable resin is stored as a molding material, is gradually lowered through the elevating rod 154, and cured by the irradiated laser beam. Can be molded by

성형부(150)는 예시된 방식 이외에 SLS방식의 성형부가 적용될 수 있음은 물론이다.It goes without saying that the molding part 150 may be applied to a molding part of the SLS method in addition to the illustrated method.

이하에서는 빔사이즈 조정부(200)에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the beam size adjusting unit 200 will be described with reference to FIG. 2.

빔사이즈 조정부(200)는 확산렌즈(210), 제1볼록렌즈(220), 제2볼록렌즈(230) 및 입출구동부(250)를 구비한다.The beam size adjustment unit 200 includes a diffusion lens 210, a first convex lens 220, a second convex lens 230, and an entry/exit driver 250.

확산렌즈(210)는 메인 콜리메이팅 렌즈(120)를 통해 진행되는 광의 진행경로상의 메인 광출사경로(120a) 내외로 입출되게 설치되어 있다.The diffusion lens 210 is installed to enter and exit the main light exit path 120a on the path of light proceeding through the main collimating lens 120.

확산렌즈(210)는 메인 광출사경로(120a) 내에 진입된 상태에서 메인 콜리메이팅 렌즈(120)를 통해 진행되는 광을 확산시키는 오목렌즈이며 음의 값의 제1초점거리(f1)를 갖는다.The diffusing lens 210 is a concave lens that diffuses light traveling through the main collimating lens 120 while entering the main light output path 120a, and has a negative first focal length f1.

제1볼록렌즈(220)는 확산렌즈(210)를 통해 진행되는 광의 진행경로상의 메인 광출사경로(120a) 내외로 입출되게 설치되어 있다.The first convex lens 220 is installed to enter and exit the main light exit path 120a on the path of light proceeding through the diffusion lens 210.

제1볼록렌즈(220)는 메인 광출사경로(120a) 내에 진입된 상태에서 확산렌즈(210)를 통해 확산되는 광을 평행광으로 변환시키며 양의 값의 초점거리(f2)를 갖는다.The first convex lens 220 converts light diffused through the diffusion lens 210 into parallel light while entering the main light output path 120a, and has a positive focal length f2.

제2볼록렌즈(230)는 확산렌즈(210)를 통해 진행되는 광의 진행경로상의 메인 광출사경로(120a) 내외로 입출되게 설치되어 있다.The second convex lens 230 is installed to enter and exit the main light output path 120a on the path of light proceeding through the diffusion lens 210.

제2볼록렌즈(230)는 메인 광출사경로(120a) 내에 진입된 상태에서 확산렌즈(210)를 통해 확산되는 광을 평행광으로 변환시키며 양의 값의 초점거리(f3)를 갖는다.The second convex lens 230 converts light diffused through the diffusion lens 210 into parallel light while entering the main light output path 120a, and has a positive focal length f3.

이러한 광학적 배치 구조에서 제1볼록렌즈(220)는 메인 광출사경로(120a)상 진입된 상태에서 메인 광출사경로(120a)에 진입된 확산렌즈(210)와의 사이의 이격거리가 제1볼록렌즈(220)의 초점거리(f2)에서 제1초점거리(f1)를 합산한 값에 해당하는 거리를 갖도록 설치된다.In this optical arrangement structure, the first convex lens 220 has a first convex lens separated from the diffusing lens 210 that has entered the main light output path 120a while entering the main light output path 120a. It is installed to have a distance corresponding to the sum of the first focal length f1 from the focal length f2 of 220.

또한, 제2볼록렌즈(230)도 메인 광출사경로(120a)상 진입된 상태에서 메인 광출사경로(120a)에 진입된 확산렌즈(210)와의 사이의 이격거리가 제2볼록렌즈(230)의 초점거리(f3)에서 제1초점거리(f1)를 합산한 값에 해당하는 거리를 갖도록 설치된다.In addition, the distance between the second convex lens 230 and the diffusion lens 210 entering the main light output path 120a while the second convex lens 230 enters the main light output path 120a is the second convex lens 230 It is installed to have a distance corresponding to the sum of the first focal length f1 from the focal length f3 of.

바람직하게는 제1볼록렌즈(220)는 메인 콜리메이팅 렌즈(120)를 통해 진행되는 광의 빔 직경을 2배로 확장시킬 수 있게 배치되고, 제2볼록렌즈(230)는 메인 콜리메이팅 렌즈(120)를 통해 진행되는 광의 빔 직경을 3배로 확장시킬 수 있게 배치된다.Preferably, the first convex lens 220 is disposed so that the beam diameter of light traveling through the main collimating lens 120 can be doubled, and the second convex lens 230 is the main collimating lens 120 It is arranged to be able to expand the beam diameter of light traveling through 3 times.

이러한 제1볼록렌즈(220) 및 제2볼록렌즈(230)의 배치구조를 도 3을 통해 설명한다.The arrangement structure of the first convex lens 220 and the second convex lens 230 will be described with reference to FIG. 3.

먼저, 설명의 편의를 위해 f1값이 -100mm인 경우를 예로 하여 설명한다.First, for convenience of explanation, the case where the f1 value is -100mm will be described as an example.

제1볼록렌즈(220)의 배율은 -f2/f1 이며, 메인 콜리메이팅 렌즈(120) 및 확산렌즈(210)를 통해 진행되는 광의 빔 직경을 2배로 확장시키 위해서는 제1볼록렌즈(220)의 초점거리 f2는 200mm인 것을 적용 하면된다. The magnification of the first convex lens 220 is -f2/f1, and in order to double the beam diameter of light traveling through the main collimating lens 120 and the diffusing lens 210, the first convex lens 220 The focal length f2 is 200mm.

따라서, 제1볼록렌즈(220)와 확산렌즈(210)와의 이격거리(D2)는 제1볼록렌즈(220)의 초점거리(f2)에서 제1초점거리(f1)를 합산한 값(200mm-100mm=100mm)에 해당하는 100mm가 되게 배치되면 된다.Therefore, the separation distance D2 between the first convex lens 220 and the diffusion lens 210 is the sum of the first focal length f1 from the focal length f2 of the first convex lens 220 (200mm- 100mm = 100mm) equivalent to 100mm can be arranged.

또한, 제2볼록렌즈(230)의 배율은 -f3/f1 이며, 메인 콜리메이팅 렌즈(120) 및 확산렌즈(210)를 통해 진행되는 광의 빔 직경을 3배로 확장시키 위해서는 제2볼록렌즈(230)의 초점거리 f2는 300mm인 것을 적용 하면 된다. In addition, the magnification of the second convex lens 230 is -f3/f1, and in order to expand the beam diameter of light traveling through the main collimating lens 120 and the diffusion lens 210 by 3 times, the second convex lens 230 ), the focal length f2 is 300mm.

이 경우, 제2볼록렌즈(230)와 확산렌즈(210)와의 이격거리(D3)는 제2볼록렌즈(230)의 초점거리(f3)에서 제1초점거리(f1)를 합산한 값(300mm-100mm=200mm)에 해당하는 200mm가 되게 배치되면 된다.In this case, the separation distance D3 between the second convex lens 230 and the diffusion lens 210 is a sum of the first focal length f1 from the focal length f3 of the second convex lens 230 (300 mm). -100mm=200mm), which is equivalent to 200mm.

이러한 광학적 배치구조에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 확산렌즈(210), 제1볼록렌즈(220) 및 제2볼록렌즈(230)가 메인 광출사경로(120a)의 광빔 진행 경로를 벗어난 대기 위치에 있는 경우 메인 콜리메이팅렌즈(120)를 통해 출사되는 광이 빔직경이 Wo 인 경우가 1배율에 해당한다.According to this optical arrangement structure, as shown in FIG. 4, the diffusion lens 210, the first convex lens 220, and the second convex lens 230 deviate from the light beam traveling path of the main light output path 120a. When in the standby position, the case where the beam diameter of light emitted through the main collimating lens 120 is Wo corresponds to 1 magnification.

또한, 광빔의 직경을 2배로 확장하기 위해서는 도 5에 도시된 바와 같이 확산렌즈(210)와 제1볼록렌즈(220)만 메인 광출사경로(120a)에 진입되게 하면 된다.In addition, in order to double the diameter of the light beam, only the diffusion lens 210 and the first convex lens 220 need to enter the main light exit path 120a as shown in FIG. 5.

또한, 광빔의 직경을 3배로 확장하기 위해서는 도 6에 도시된 바와 같이 확산렌즈(210)와 제2볼록렌즈(230)만 메인 광출사경로(120a)에 진입되게 하면 된다. In addition, in order to increase the diameter of the light beam by 3 times, only the diffusion lens 210 and the second convex lens 230 may enter the main light exit path 120a as shown in FIG. 6.

한편, 도시된 예와 다르게, 광빔의 직경을 1.5배로 확장할 수 있게 구축될 수 있고 이 경우 앞서 설명된 조건에 대응되는 볼록렌즈가 추가로 배치되면 된다.On the other hand, unlike the illustrated example, it may be constructed to expand the diameter of the light beam by 1.5 times, and in this case, a convex lens corresponding to the conditions described above may be additionally disposed.

입출구동부(250)는 확산렌즈(210)와 제1 및 제2 볼록렌즈(220)(230) 각각을 메인 광출사경로(120a) 내외로 입출되게 구동할 수 있도록 되어 있고 도 7을 함께 참조하여 설명한다.The entrance/exit driver 250 is configured to drive the diffusion lens 210 and the first and second convex lenses 220 and 230 to enter and exit each of the main light exit path 120a in and out, and refer to FIG. 7 together. Explain.

입출구동부(250)는 홀더(251), 하우징(252), 모터(254), 제1 및 제2 과이동 방지스토퍼(261)(262)를 구비한다.The entry/exit drive unit 250 includes a holder 251, a housing 252, a motor 254, and first and second overtravel prevention stoppers 261 and 262.

홀더(251)는 확산렌즈(210), 제1 및 제2 볼록렌즈(220(230) 각각의 가장자리를 수용하여 지지할 수 있게 형성된 지지링(251a)과, 지지링(251a)의 일측에서 바형태로 연장된 가동바(251b)를 갖게 형성되어 있다.The holder 251 includes a support ring 251a formed to receive and support the edges of each of the diffusion lens 210 and the first and second convex lenses 220 (230), and a bar from one side of the support ring 251a. It is formed to have a movable bar (251b) extending in the form.

구동모터(254)는 하우징(252)에 장착되어 있으며, 회전축(254a)에 가동바(251b)의 종단이 결합되어 지지링(251a)의 중심을 메인 광출사경로(120a) 내외로 입출되게 회동시킨다.The driving motor 254 is mounted on the housing 252, and the end of the movable bar 251b is coupled to the rotation shaft 254a, so that the center of the support ring 251a is rotated to enter and exit the main light output path 120a. Let it.

여기서, 하우징(252)은 구동모터(254)를 수용하되 가동바(251b)의 회동을 허용하며, 후술되는 제1 및 제2 과이동 방지스토퍼(261)(262)를 설치할 수 있게 형성되면 된다.Here, the housing 252 accommodates the driving motor 254 but allows the movable bar 251b to rotate, and may be formed to install the first and second overtravel prevention stoppers 261 and 262 described later. .

하우징(252)은 빔사이즈 조정부(200)의 요소들을 수용하는 함체(미도시)에 앞서 설명된 조건을 만족하도록 고정되게 설치된다.The housing 252 is fixedly installed in a case (not shown) accommodating the elements of the beam size adjustment unit 200 to satisfy the conditions described above.

제1과이동 방지스토퍼(261)은 구동모터(254)의 회전축(254a)을 회전가능하게 지지하는 하우징(251)에 가동바(251b)가 메인 광출사경로(120a) 내의 진입위치에 도달되면 과이동을 방지하게 가동바(251b)를 간섭하여 후속 이동이 차단되게 가동바(251b)의 회동경로에 진입되게 하우징(252)에 돌출되게 설치되어 있다.When the first overtravel stopper 261 reaches the entry position in the main light output path 120a in the housing 251 that rotatably supports the rotation shaft 254a of the drive motor 254 It is installed to protrude from the housing 252 to enter the rotation path of the movable bar 251b so as to interfere with the movable bar 251b to prevent excessive movement and block subsequent movement.

또한, 제2과이동 방지스토퍼(262)는 가동바(251b)가 메인 광출사경로(120a)를 벗어난 대기위치에 도달되면 과이동을 방지하게 가동바를 간섭하도록 하우징(252)에 돌출되게 설치되어 있다.In addition, the second over-movement stopper 262 is installed to protrude from the housing 252 to interfere with the movable bar to prevent over-movement when the movable bar 251b reaches a standby position outside the main light output path 120a. have.

한편, 이러한 빔사이즈 조정부(200)를 이용하여 성형하는 과정의 예를 도 8를 참조하여 설명한다.Meanwhile, an example of a forming process using the beam size adjusting unit 200 will be described with reference to FIG. 8.

성형하고자 하는 성형면(152)이 도 8에 예시된 사각영역인 경우 윤곽선(161)에 해당하는 부분은 확산렌즈(210), 제1 및 제2볼록렌즈(220)(230)가 메인 광출사경로(120a)에 진입되지 않는 대기상태가 되게 하여 1배율의 광빔(161a)으로 광을 조사하고, 윤곽선(161) 내측 부분(163)은 정밀도와 무관하기 때문에 광빔의 사이즈가 확대된 확대 광빔(163a)로 조사하면 된다.When the forming surface 152 to be formed is a rectangular area illustrated in FIG. 8, the part corresponding to the outline 161 is the diffusion lens 210 and the first and second convex lenses 220 and 230 are The light is irradiated with the light beam 161a of 1 magnification by entering a standby state that does not enter the path 120a, and since the inner part 163 of the outline 161 is independent of the precision, the enlarged light beam ( 163a).

여기서, 윤곽선(161) 내측 부분(163)은 확산렌즈(210)와 제1 및 제2볼록렌즈(220)(230) 중 어느 하나가 메인 광출사경로(120a)에 진입되게하여 2배율 또는 3배율로 확대된 광빔(161a)으로 광을 조사하게 처리하면 된다.Here, the inner portion 163 of the contour line 161 is to allow any one of the diffusion lens 210 and the first and second convex lenses 220 and 230 to enter the main light exit path 120a, and thus 2 or 3 The light beam 161a magnified by the magnification may be used to irradiate light.

이상에서 설명된 3D 프린터의 광조사 장치에 의하면, 평행광을 유지하면서 성형할 영역에 조사할 광빔의 사이즈를 조정하여 제공할 수 있어 성형할 영역에 대해 광빔의 사이즈를 변경하면서 성형 속도 및 정밀도를 조정할 수 있는 장점을 제공한다.According to the light irradiation device of the 3D printer described above, it is possible to provide by adjusting the size of the light beam to be irradiated to the area to be formed while maintaining parallel light, thereby increasing the molding speed and precision while changing the size of the light beam for the area to be formed. Offers the advantage of being able to adjust.

110: 레이저 광원 120: 메인 콜리메이팅 렌즈
140: 빔스캔부 150: 성형부
200: 빔사이즈 조정부110: laser light source 120: main collimating lens
140: beam scanning unit 150: forming unit
200: beam size adjustment unit

Claims (5)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 성형 재료에 레이저를 조사하여 성형할 수 있도록 된 3D 프린터의 레이저 조사장치에 있어서,
레이저 광을 출사하는 레이저 광원과;
상기 레이저 광원에서 출사되는 광을 평행광으로 변환시키는 메인 콜리메이팅 렌즈와;
상기 메인 콜리메이팅 렌즈를 통해 출사되는 광의 메인 광출사경로에 입출되면서 광빔의 단면적 크기를 조정하는 빔사이즈 조정부와;
상기 빔사이즈 조정부를 거쳐 진행되는 광을 설정된 목표 위치로 조사되게 스캔하는 빔스캔부;를 구비하고,
상기 빔사이즈 조정부는
상기 메인 콜리메이팅 렌즈를 통해 진행되는 광의 진행경로상의 상기 메인 광출사경로 내외로 입출되게 설치되며 상기 메인 광출사경로 내에 진입된 상태에서 상기 메인 콜리메이팅 렌즈를 통해 진행되는 광을 확산시키며 음의 값의 제1초점거리를 갖는 확산렌즈와;
상기 확산렌즈를 통해 진행되는 광의 진행경로상의 상기 메인 광출사경로 내외로 입출되게 설치되며 상기 메인 광출사경로 내에 진입된 상태에서 상기 확산렌즈를 통해 확산되는 광을 평행광으로 변환시키며 양의 값의 초점거리를 갖는 적어도 하나의 볼록렌즈와;
상기 확산렌즈와 상기 볼록렌즈의 상기 메인 광출사경로 내외로 입출되게 구동하는 입출 구동부;를 구비하고,
상기 메인 광출사경로상에서 상기 확산렌즈와 상기 볼록렌즈 사이의 이격거리는 상기 볼록렌즈의 초점거리에서 상기 제1초점거리를 합산한 값에 해당하는 거리를 갖도록 되어 있고,
상기 입출구동부는
상기 확산렌즈와 상기 볼록렌즈 각각을 지지하는 지지링과, 상기 지지링으로부터 연장된 가동바를 갖는 홀더와;
상기 가동바의 종단과 결합되어 상기 지지링의 중심을 상기 메인 광출사경로 내외로 입출되게 회동시키는 구동모터와;
상기 구동모터의 회전축을 회전가능하게 지지하는 하우징에 상기 가동바가 상기 메인 광출사경로 내의 진입위치에 도달되면 과이동을 방지하게 상기 가동바를 간섭하는 제1과이동 방지스토퍼;를 구비하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 레이저 광조사 장치.In the laser irradiation device of a 3D printer capable of forming by irradiating a laser to a molding material,
A laser light source for emitting laser light;
A main collimating lens that converts the light emitted from the laser light source into parallel light;
A beam size adjusting unit configured to adjust the cross-sectional area size of the light beam while entering and leaving the main light exit path of the light emitted through the main collimating lens;
And a beam scanning unit for scanning the light proceeding through the beam size adjusting unit to be irradiated to a set target position, and
The beam size adjustment unit
It is installed to enter and exit the main light exit path on the path of light proceeding through the main collimating lens, and diffuses the light proceeding through the main collimating lens while entering the main light exit path, and a negative value A diffusion lens having a first focal length of;
It is installed to enter and exit into and out of the main light exit path on the path of light proceeding through the diffusion lens, and converts the light diffused through the diffusion lens into parallel light while entering the main light exit path. At least one convex lens having a focal length;
And an input/output driving unit for driving in and out of the main light output path of the diffusion lens and the convex lens,
The separation distance between the diffusing lens and the convex lens on the main light exit path is set to have a distance corresponding to a sum of the first focal length from the focal length of the convex lens,
The entrance/exit port
A holder having a support ring for supporting each of the diffusion lens and the convex lens, and a movable bar extending from the support ring;
A driving motor coupled to an end of the movable bar to rotate the center of the support ring to enter and exit the main light exit path;
And a first over-movement stopper that interferes with the movable bar so as to prevent over-movement when the movable bar reaches an entry position in the main light output path in a housing rotatably supporting the rotation axis of the drive motor. 3D printer laser light irradiation device. 제4항에 있어서, 상기 하우징에는
상기 가동바가 상기 메인 광출사경로를 벗어난 대기위치에 도달되면 과이동을 방지하게 상기 가동바를 간섭하는 제2과이동 방지스토퍼;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 레이저 광조사 장치.The method of claim 4, wherein the housing
A laser light irradiation apparatus for a 3D printer, further comprising: a second over-movement stopper for interfering with the movable bar to prevent over-movement when the movable bar reaches a standby position outside the main light output path.
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