KR102179827B1 - 경화 장치 - Google Patents

Abstract

3D 프린터용 경화 장치가 개시된다. 본 발명의 3D 프린터용 경화 장치는, 내부에 반사판이 마련되며 밀폐 구조를 갖는 본체; 본체의 내부에 마련되며 경화 대상물에 광 에너지를 조사하여 경화시키는 복수의 광 에너지 조사부; 및 본체의 내부에 마련되어 경화 대상물을 회전 가능하게 지지하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

경화 장치{CURING DEVICE}

본 발명은, 경화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 경화 대상물을 광 에너지와 열 에너지를 이용하여 경화시키는 경화 장치에 관한 것이다.

3차원 입체 형상의 제품을 제작하기 위한 방식으로, 도면을 보고 수작업으로 제품을 제작하는 목업(Mock-up) 방식, 수치제어 공작기계에 의한 절삭가공 방식 등이 있다.

목업 방식은, 제조비용은 저렴하나 정교한 형상가공이 어렵고 많은 시간이 소요된다는 단점이 있다.

또한 공작기계에 의한 절삭가공 방식은, 정밀한 제품을 제조할 수는 있으나, 제작비용이 많이 소요되고 가공할 수 있는 형상에 제약이 있다는 단점이 있다.

최근에는 3차원 모델링에 의한 3D 도면 데이터를 이용하여, 입체 형상의 제품을 프린팅 제작하는 3D 프린터가 널리 사용되고 있다.

3D 프린터는, 3차원의 3D 도면 데이터에 따라, 액체, 파우더 형태의 폴리머, 금속 등의 재료를 사용하여 입체 형상의 성형품을 제조한다.

3D 프린터를 이용하게 되면, 제작비용과 제조시간을 대폭 단축할 수 있고, 개인 맞춤형 제조가 가능하며, 복잡한 입체 형상도 간편하게 제조할 수 있는 장점이 있다.

이에 따라, 실제 제품 제작시 손쉽게 형상을 수정할 수 있고, 제작비, 재료비, 인건비를 절감할 수 있는 장점이 있다.

위와 같은 장점을 지닌 3D 프린터는, 자동차, 항공, 건축, 의료, 가전, 완구 등 다양한 분야에 이용되고 있다.

전술한 3D 프린터는, 광경화성 수지에 레이저를 주사하여 주사된 부분이 경화되도록 하는 SLA(Stereo Lithography Apparatus)방식, 광경화성 수지가 저장된 저장조의 하부로 광을 조사하여 경화시키는 DLP(Digital Light Processing)방식, UV 광원과 LCD 패널을 이용하여 빌드 플레이트의 상부에 수지 성형품을 적층해 나가는 LCD 방식, 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하여 소결시키는 SLS(Selective Laser Sintering)방식, 용융 수지를 압출하여 조형하는 FDM(Fused Deposition Modeling)방식, 고출력 레이저 빔으로 금속을 직접 성형하는 DMT(Laser-aid Direct Metal Tooling)방식, 기계접합 조형 방식인 LOM(Laminated Object Manufacturing)방식 등이 있다.

이 중에서 광경화성 수지를 사용하는 SLA, DLP, LCD 방식에서는, 성형품을 제조한 후 이를 세척한 다음 별도의 경화공정을 거쳐야 원하는 강도와 색상을 얻을 수가 있다.

전술한 후 경화공정에 사용되는 장치를 일반적으로 '후 경화기'라 부르며, 후 경화기로는 UV(Ultra Violet) 후 경화기, UV LED(Light Emitting Diode)를 이용한 후 경화기 등이 있다.

UV 램프(Lamp)를 이용한 후 경화기는 내구성 문제가 있기 때문에, 최근에는 UV LED 방식의 후 경화기가 많이 사용되고 있다.

UV LED 방식의 후 경화기는, 내구성은 우수하지만 경화 챔버 내부를 고온의 조건으로 형성해 주어야 하는 단점이 있다.

종래의 후 경화기는, 사각형의 경화 챔버 내부에 성형품 넣은 후 LED 광원에 의해 성형품을 경화시킨다.

그런데 종래의 후 경화기는, 경화 챔버가 사각형 또는 원통형으로 형성되어 있기 때문에, 경화 챔버의 내부 온도를 균일하게 유지시키기가 어렵다는 문제가 있다.

즉 경화 챔버의 중앙 부분과 가장자리 부분 간에 온도차가 발생하게 되어, 성형품을 고르게 가열하여 경화시키기가 어렵게 된다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 방안으로, 경화 챔버의 내부의 여러 위치에 다수의 LED 광원을 배치하여 각 LED 광원의 가열온도를 달리하는 방법이 있다.

그런데 경화 챔버의 내부의 여러 위치에 복수의 LED 광원을 배치하고 가열온도를 달리하게 되면, 경화 기구 및 회로의 구성이 복잡해진다는 문제가 있다.

전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.

한국등록특허공보 제10-1538326호(한국프린티드일렉트로닉스연구조합) 2015. 07. 15.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 간단한 구성으로 이루어져 균일한 광 에너지와 열 에너지를 조사할 수 있는 경화 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 반사판이 마련되며 밀폐 구조를 갖는 본체; 상기 본체의 내부에 마련되며 경화 대상물에 광 에너지를 조사하여 경화시키는 복수의 광 에너지 조사부; 상기 본체의 내부에 마련되어 경화 대상물을 회전 가능하게 지지하는 지지부; 및 상기 본체의 내부에 마련되어 상기 경화 대상물로 열 에너지를 공급하는 열 에너지 공급부를 포함하는 경화 장치가 제공될 수 있다.

상기 반사판은 상기 본체의 내부 바닥벽, 천장벽, 측벽에 전체적으로 마련될 수 있다.

상기 복수의 광 에너지 조사부는, 상기 본체의 후방벽에 결합되는 복수의 램프 지지대; 및 상기 복수의 램프 지지대에 결합되어 상기 경화 대상물로 광 에너지를 조사하는 복수의 조사 램프를 포함할 수 있다.

상기 복수의 램프 지지대는 상기 후방벽에 원형 형태로 마련될 수 있다.

상기 복수의 램프 지지대는 서로 이격되게 배치될 수 있다.

상기 본체는, 상기 복수의 광 에너지 조사부와 상기 반사판이 내부에 수용되는 베이스 바디; 및 상기 베이스 바디의 하측부를 지지하는 하부 고정플레이트를 포함할 수 있다.

상기 지지부는, 일측부가 상기 베이스 바디의 내부 바닥부를 관통하여 상기 하부 고정플레이트에 회전 가능하게 배치되는 지지대; 상기 지지대의 타측부에 결합되어 상기 지지대와 같이 회전되며 상기 베이스 바디의 내부에 배치되어 상기 경화 대상물이 놓여지는 회전 플레이트; 및 상기 하부 고정플레이트에 마련되어 상기 지지대를 회전시키는 회전 모터를 포함할 수 있다.

상기 회전 플레이트에는 복수의 플레이트 홀이 마련될 수 있다.

상기 회전 플레이트는 상기 베이스 바디의 내부 바닥부에 배치되는 복수의 광 에너지 조사부의 상부에 배치될 수 있다.

상기 본체의 내부에 배치되는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

상기 경화 대상물은 3D 프린터로 제작되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예들은, 본체의 내부를 밀폐 구조로 하고 밀폐된 본체의 내부에 반사판을 마련함과 아울러 광 에너지 조사부를 복수로 마련함으로써 지지부에 놓여진 경화 대상물에 반사판을 이용하여 균일하게 광 에너지를 조사하여 경화할 수 있다.

또한 광원 소스에 따라 추가적인 열 에너지를 공급할 수 있는 열 에너지 공급부에 의해 경화 대상물의 후처리 경화에 복합 에너지를 조사하여 경화할 수 있다.

나아가 경화 대상물이 놓여지는 지지부가 회전 가능하게 마련되므로 경화 대상물을 더 균일하고 효율적으로 경화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경화 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에서 하부 고정플레이트가 삭제된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 개략적인 정면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 회전 플레이트의 개략적인 확대도이다.
도 5는 도 1에 도시된 베이스 바디에 개폐 가능하게 결합 되는 커버의 오픈 시 광원이 보이는 현상을 방지하기 위한 수단을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 실시 예의 웜업 기능을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 실시 예에서 경화 대상물은 3D 프린터로 제작되는 것을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경화 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에서 하부 고정플레이트가 삭제된 것을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 개략적인 정면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 회전 플레이트의 개략적인 확대도이고, 도 5는 도 1에 도시된 베이스 바디에 개폐 가능하게 결합되는 도어의 오픈 시 광원이 보이는 현상을 방지하기 위한 수단을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 본 실시 예의 웜업 기능을 개략적으로 도시한 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 경화 장치(1)는, 밀폐 구조를 갖는 본체(10)와, 본체(10)의 내부에 마련되며 경화 대상물에 광 에너지를 조사하여 경화시키는 복수의 광 에너지 조사부(20)와, 본체(10)의 내부에 마련되어 경화 대상물을 회전 가능하게 지지하는 지지부(30)와, 본체(10)의 내부에 마련되는 온도 센서(40)와, 본체(10)의 내부에 마련되어 경화 대상물로 열 에너지를 공급하는 열 에너지 공급부(50)를 구비한다.

본체(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부가 비어 있는 베이스 바디(11)와, 베이스 바디(11)의 내부에 마련되어 복수의 광 에너지 조사부(20)에서 조사되는 광 에너지를 반사시키는 반사판(12)과, 베이스 바디(11)의 하부에 마련되어 베이스 바디(11)를 지지하는 하부 고정플레이트(13)와, 하부 고정플레이트(13)에 결합되어 도어의 오픈을 감지하는 도어 감지봉(14)과, 베이스 바디(11)의 전방부에 마련되며 도어의 오픈 시 베이스 바디(11)의 개방된 전방부를 막아 광 에너지가 베이스 바디(11)의 외부로 노출되는 것을 막는 차단 커버(15)와, 도어 감지봉(14)에 마련되어 차단 커버(15)를 감지하는 누름봉(16)을 포함한다.

본체(10)의 베이스 바디(11)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 팔각형 형상을 가지되, 수평 부분과 수직 부분이 수평 부분과 수직 부분을 연결하는 경사 부분보다 3배이상 길게 마련될 수 있다. 이는 경사 부분에 광 에너지 조사부(20)를 한 개씩만 마련하고, 수직 부분과 수평 부분에 광 에너지 조사부(20)를 각각 2개씩 마련하여 복수의 광 에너지 조사부(20)를 밀폐된 베이스 바디(11)의 내부에서 원형 형태로 배치함으로써 균일한 광 에너지의 조사가 이루어지도록 하기 위해서다.

본체(10)의 반사판(12)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 바디(11)의 내부 바닥벽, 천장벽, 측벽에 전체적으로 마련되어 복수의 광 에너지 조사부(20)에서 조사되는 광 에너지를 모두 반사시킬 수 있다.

또한 본 실시 예에서 반사판(12)은 전술한 베이스 바디(11)와 같이 팔각형 형상을 가질 수 있고, 베이스 바디(11)의 수평 부분, 수직 부분, 경사 부분에 대한 내용도 반사판(12)에 그대로 적용될 수 있다.

본체(10)의 하부 고정플레이트(13)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 바디(11)의 하부에 결합되어 베이스 바디(11)를 지지하며, 지지대(31)의 하측부와 회전 모터의 수용 장소로 제공될 수 있다.

본체(10)의 도어 감지봉(14)은, 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이, 하부 고정플레이트(13)에 결합되어 누름봉(16)에 의해 도어의 오픈을 감지할 수 있다.

본 실시 예에서 도어 감지봉(14)은 도 2에 도시된 하부 고정플레이트(13)의 상면부에 탈착 가능하게 볼트 결합 될 수 있고, 도어 감지봉(14)의 상측부에는 누름봉(16)이 마련될 수 있다.

본 실시 예는 누름봉(16)의 길이가 길어 도어 센서에 반응하여 빛이 나오지 않는 순간에 본체(10)의 도어가 열려 빛이 세어 나오는 현상을 방지할 수 있다.

본체(10)의 차단 커버(15)는, 도어의 오픈시에 광 에너지 조사부(20)에서 조사되는 자외선(ultraviolet)이 베이스 바디(11)의 외부로 노출되는 것을 막을 수 있다.

본 실시 예에서 차단 커버(15)는 도어와 독립적으로 베이스 바디(11)의 전방부에 결합 될 수 있고, 베이스 바디(11)에 개폐 가능하게 힌지 결합 될 수 있다.

본체(10)의 누름봉(16)은, 도어 감지봉(14)의 상측부에 마련될 수 있고, 누름봉(16)의 상단부는 차단 커버(15)의 하부에 접촉될 수 있다.

복수의 광 에너지 조사부(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 바디(11)의 후방벽에 복수로 마련되어 회전 플레이트(32)에 놓여진 경화 대상물로 광 에너지를 조사함으로써 경화 대상물을 경화시킬 수 있다.

본 실시 예에서 복수의 광 에너지 조사부(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 본체(10)의 후방벽에 결합되는 복수의 램프 지지대(21)와, 복수의 램프 지지대(21)에 결합되어 경화 대상물로 광 에너지를 조사하는 복수의 조사 램프(22)를 포함할 수 있다.

복수의 광 에너지 조사부(20)의 복수의 램프 지지대(21)는 베이스 바디(11)의 후방벽에 원형 형태로 마련될 수 있다.

또한 본 실시 예에서 복수의 램프 지지대(21)는 서로 이격되게 배치될 수 있다.

복수의 조사 램프(22)는, 복수의 램프 지지대(21)에 탈착 가능하게 끼워 맞춤 결합될 수 있고, 경화 대상물로 자외선을 조사할 수 있다.

본 실시 예에서 복수의 조사 램프(22)는 405nm, 385nm의 파장을 갖는 LED 램프를 사용할 수 있다.

지지부(30)는, 본체(10)의 내부에 마련되어 경화 대상물을 회전 가능하게 지지할 수 있다.

본 실시 예에서 지지부(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하측부가 베이스 바디(11)의 내부 바닥부를 관통하여 하부 고정플레이트(13)에 회전 가능하게 배치되는 지지대(31)와, 지지대(31)의 상측부에 결합되어 지지대(31)와 같이 회전되며 베이스 바디(11)의 내부에 배치되어 경화 대상물이 놓여지는 회전 플레이트(32)와, 하부 고정플레이트(13)에 마련되어 지지대(31)를 회전시키는 회전 모터를 포함한다.

본 실시 예에서 회전 플레이트(32)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 바디(11)의 바닥부에 근접되고 배치될 수 있고, 회전 플레이트(32)의 하부에는 한 쌍의 광 에너지 조사부(20)가 마련될 수 있다.

또한 본 실시 예에서 회전 플레이트(32)에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 플레이트 홀(33)이 복수로 마련되어 회전 플레이트(32)의 하부에 배치되는 한 쌍의 광 에너지 조사부(20)에서 조사되는 광 에너지는 복수의 플레이트 홀(33)을 통해 경화 대상물로 조사될 수 있다.

이와 같이 본 실시 예는 회전 플레이트(32)가 베이스 바디(11)의 바닥부에 근접되게 배치되어 회전 플레이트(32)의 상부에 대부분의 광 에너지 조사부(20)가 배치되게 함으로써 경화 대상물로 대부분의 광 에너지가 조사되게 할 수 있고, 회전 플레이트(32)의 하부에 배치되는 한 쌍의 광 에너지 조사부(20)에서 조사되는 광 에너지는 복수의 플레이트 홀(33)을 통해 경화 대상물로 조사될 수 있고 베이스 바디(11)의 내부에서 열 흐름성을 상승시켜 경화 대상물을 더 균일하게 경화시킬 수 있다.

온도 센서(40)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 바디(11)의 내부에 마련될 수 있고, 브래킷을 통해 베이스 바디(11)의 내부에 위치 고정될 수 있다.

본 실시 예는 온도 센서(40)를 통해 경화 대상물의 소재 특성에 맞게 선택적으로 온도 조절을 할 수 있다.

또한 경화 대상물의 특성에 따른 온도 특성 프로그램을 마련할 수 있다. 예를 들어 제1 경화 대상물은 경화 시간을 30분, 경화 온도를 섭씨 60도로 작동되게 프로그램할 수 있고, 제2 경화 대상물은 경화 시간을 20분, 경화 온도를 섭씨 80도로 작동되게 프로그램할 수 있고, 제3 경화 대상물은 경화 시간을 15분, 경화 온도를 섭씨 80도로 작동되게 프로그램할 수 있다.

열 에너지 공급부(50)는, 본체(10)의 내부에 마련되어 경화 대상물로 열 에너지를 공급함으로써 경화 대상물의 후처리 경화에 광 에너지와 함께 효율적인 복합 에너지를 조사하여 경화할 수 있다.

본 실시 예에서 열 에너지 공급부(50)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 본체(10)의 내부 바닥부에 배치될 수 있다.

또한 본 실시 예에서 열 에너지 공급부(50)는 효과적인 열 에너지를 공급하기 위해 광원 소스 방식 예를 들어 램프나 엘이디에 의해 열 에너지를 공급할 수 있다.

한편 본 실시 예는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 전원의 온과 동시에 목표 온도의 70%까지 승온시킴으로써 사용 시 온도의 상승 시간 단축으로 종래보다 더 빠르게 경화 대상물을 경화시킬 수 있다.

구체적으로 본체(10)의 내부에 마련된 열 에너지 공급부(50)를 통하여 본 실시예의 전원 인가 시 경화 대상물의 경화 온도의 70%까지 온도를 올려 미리 가열하는 방식으로 경화 대상물의 경화 시 짧은 시간 안에 목적 온도에 도달시킬 수 있다. 따라서 경화 대상물의 전체적인 경화 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.

그리고 본 실시 예는 복수의 광 에너지 조사부(20)의 작동 시 복수의 조사 램프(22)의 온 오프 상태를 본체(10)의 외부에서 확인할 수도 있다. 본 실시 예는 일례로 각각의 조사 램프(22)의 전류를 측정하여 복수의 조사 램프(22)의 이상 유무를 확인할 수 있다. 예를 들어 복수의 조사 램프(22) 중 특정 조사 램프(22)에 흐르는 전류가 설정 전류 이하인 경우 이상이 있는 것으로 판단될 수 있고, 이러한 전류의 흐름은 베이스 바디(11)나 하부 고정플레이트(13)에 마련된 디스플레이부를 통해 표시될 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 본체의 내부를 밀폐 구조로 하고 밀폐된 본체의 내부에 반사판을 마련함과 아울러 광 에너지 조사부를 복수로 마련함으로써 지지부에 놓여진 경화 대상물에 반사판을 이용하여 균일하게 광 에너지를 조사하여 경화할 수 있다.

또한 경화 대상물이 놓여지는 지지부가 회전 가능하게 마련되므로 경화 대상물을 더 균일하고 효율적으로 경화할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 경화 장치
10 : 본체
20 : 광 에너지 조사부
30 : 지지부
40 : 온도 센서

Claims (10)

1. 내부에 반사판이 마련되며 밀폐 구조를 갖는 본체;
   상기 본체의 내부에 마련되며 경화 대상물에 광 에너지를 조사하여 경화시키는 복수의 광 에너지 조사부; 및
   상기 본체의 내부에 마련되어 경화 대상물을 회전 가능하게 지지하는 지지부를 포함하고,
   상기 반사판은 상기 본체의 내부 바닥벽, 천장벽, 측벽에 전체적으로 마련되고,
   상기 복수의 광 에너지 조사부는, 상기 본체의 후방벽에 결합되는 복수의 램프 지지대; 및 상기 복수의 램프 지지대에 결합되어 상기 경화 대상물로 광 에너지를 조사하는 복수의 조사 램프를 포함하고,
   상기 복수의 램프 지지대는 상기 후방벽에 원형 형태로 마련되고,
   상기 복수의 램프 지지대는 서로 이격되게 배치되고,
   상기 본체는, 상기 복수의 광 에너지 조사부와 상기 반사판이 내부에 수용되는 베이스 바디; 및 상기 베이스 바디의 하측부를 지지하는 하부 고정플레이트를 포함하고,
   상기 지지부는, 일측부가 상기 베이스 바디의 내부 바닥부를 관통하여 상기 하부 고정플레이트에 회전 가능하게 배치되는 지지대; 상기 지지대의 타측부에 결합되어 상기 지지대와 같이 회전되며 상기 베이스 바디의 내부에 배치되어 상기 경화 대상물이 놓여지는 회전 플레이트; 및 상기 하부 고정플레이트에 마련되어 상기 지지대를 회전시키는 회전 모터를 포함하고,
   상기 회전 플레이트에는 복수의 플레이트 홀이 마련되고,
   상기 회전 플레이트는 상기 베이스 바디의 내부 바닥부에 배치되는 복수의 광 에너지 조사부의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 경화 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체의 내부에 배치되는 온도 센서를 더 포함하는 3D 프린터용 경화 장치.

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