KR102588181B1 - 3차원 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 광경화성 수지가 경화되어 조형물이 형성되고, 저면에 복수개의 관통공이 형성되는 조형 플레이트 및 상기 조형 플레이트에 형성되는 조형물을 수직방향으로 밀어내고 상기 복수개의 관통공에 대응되는 복수개의 돌기를 포함하는 리무버를 포함하는, 3차원 프린터를 제공한다.

Description

3차원 프린터{3D PRINTER}

본 발명은 3차원 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광경화수지 조형 방식의 3차원 프린터에 관한 것이다.

일반적으로 3차원 입체 형상의 조형물을 제작하기 위해서는 도면에 의존하여 수작업에 의해 이루어지는 목업 제작 방식과 CNC 밀링에 의한 제작 방법 등이 널리 알려져 있다.

최근에는 제품의 설계자가 CAD나 CAM을 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성하고, 생성한 데이터를 이용하여 3차원 입체 형상의 조형물을 제작하는 이른바 3차원 프린팅 방법이 등장하게 되었으며, 이러한 3차원 프린터는 산업, 생활, 의학 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

3차원 프린터는 재료의 연속적인 레이어를 2차원 프린터와 같이 출력하여 이를 적층함으로써 대상물을 만드는 장치이다. 3차원 프린터는 디지털화된 도면 정보를 바탕으로 빠르게 대상물을 제작할 수 있어서 프로토타입 샘플 제작 등에 주로 사용된다.

3차원 프린터의 제품 성형방식은 광경화성 재료에 레이저 광선을 조사하여 광조사된 부분을 물체로 성형하는 광경화수지 조형 방식(SLA; Stereo Lithography Apparatus) 또는 열가소성 필라멘트를 용융하여 적층하는 선택적 레이저 용융 방식(SLM; Selective laser melting) 등이 있다.

이러한 3차원 프린터의 성형 방식 중에서 광경화수지 조형 방식의 3차원 프린터는 광경화성 액체 수지가 저장된 수조에 레이저 광을 조사하여 액체 수지를 경화시킴으로써 조형물을 성형하도록 구성되고, 성형이 완료되면 사용자가 스크래퍼를 사용하여 조형 플레이트에 형성된 조형물을 분리한다.

다만, 스크래퍼에 힘이 많이 가해지는 경우 조형물이 변형 또는 파손될 우려가 있었고, 아울러 스크래퍼의 날에 의해 사용자가 다칠 수 있다는 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 조형물의 분리가 용이한 광경화수지 조형 방식의 3차원 프린터를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면은 광경화성 수지가 경화되어 조형물이 형성되고, 저면에 복수개의 관통공이 형성되는 조형 플레이트 및 상기 조형 플레이트에 형성되는 조형물을 수직방향으로 밀어내고 상기 복수개의 관통공에 대응되는 복수개의 돌기를 포함하는 리무버를 포함하는, 3차원 프린터를 제공한다.

일 실시예에 있어서, 상기 돌기는 상기 리무버의 가로방향 및 세로방향을 따라 정렬되도록 배치되고 상기 돌기는 상기 리무버의 가로방향 또는 세로방향을 따라 높이 구배를 갖도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 리무버는 상기 조형 플레이트에 대해 탄성지지되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 리무버의 돌기가 가로방향 및/또는 세로방향을 따라 높이 구배를 가지기 때문에 사용자는 조형물을 조형 플레이트로부터 안정적이고 용이하게 분리할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 3차원 프린터의 사시도이다.
도 2는 조형 플레이트 및 리무버의 결합 사시도이다.
도 3 은 도 2 의 분해사시도이다.
도 4 및 도 5 는 리무버의 작동과정을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 와 같은 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들 또는 단계들을 설명하기 위해 사용될 수 있으나, 해당 구성 요소들 또는 단계들은 서수에 의해 한정되지 않아야 한다. 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성 요소 또는 단계를 다른 구성 요소들 또는 단계들로부터 구별하기 위한 용도로만 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 3차원 프린터의 사시도이고, 도 2는 조형 플레이트 및 리무버의 결합 사시도이다. 도 3 은 도 2 의 분해사시도이고, 도 4 및 도 5 는 리무버의 작동과정을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터(1)는 광원에서 조사하는 광으로 단위 성형층을 적층하여 조형물을 프린팅 하는 것으로서, 지지부(2), 수조부(3), 승강부(4) 및 조형 플레이트(10)를 포함할 수 있다.

지지부(2)는 한 쌍의 암을 통해 조형 플레이트(10)의 연장부(13)를 지지하며, 승강부(4)에 고정된다.

수조부(3) 내부에는 액상 수지가 충전될 수 있는 공간이 제공되며, 특히 광경화성 수지가 수용될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 광경화성 레진이 충전될 수도 있다. 수조부(3)의 하면에는 광원으로부터 조사되는 광이 간섭 없이 통과할 수 있도록 투명한 바닥부가 형성된다.

여기서, 광경화성 수지는 주로 UV 영역의 광을 조사받으면 가교반응 등을 통해 모노머(monomer)에서 폴리머(polymer) 구조로 변환하는 고분자 화합물을 의미할 수 있다. 특히 다이아조계, 아자이드계, 아크릴산계, 폴리에스터계, 에폭시계 등이 있으며, 입체 조형물의 요구 강도 등을 감안하여 그에 맞는 물성을 가진 것을 선택할 수 있다. 액상 광경화성 수지를 이용하여 조형재료를 조성하는 경우, 광경화의 속도를 증진시키기 위해 별도의 증감제, 광개시제 등을 첨가할 수도 있다.

승강부(4)는 지지부(2) 및 조형 플레이트(10)를 높이 방향(z방향)을 따라 수조부(3)로부터 가까워지거나 이격되는 방향으로 이동하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터(1)에서는 승강부(4)에 의해 조형 플레이트(10) 및 지지부(2)가 높이 방향을 따른 양방향인 상하 방향으로 승강되는 것으로 정의한다. 상세하게는, 승강부(4)는 조형물의 일측 표면이 광원으로부터 조사된 광에 의해 조형물의 형상에 따른 액상 수지의 경화가 완료될 때마다, 경화된 광경화성 수지를 높이 방향을 따라 이동시킨다.

도 2 내지 도 5 를 참조하면, 조형 플레이트(10)는 조형물이 수조부(3)의 액상 수지 내에서 단위 성형층으로 경화될 때 조형물을 지지하는 기능을 수행하는 것으로서, 상부가 개방된 함체 형상으로 형성되며, 하부에는 조형물이 부착되는 부착면(11)이 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조형 플레이트(10)에는 부착면(11)을 관통하는 배출홀(12)이 복수개 형성되어, 조형 플레이트(10)가 액상 수지 내에서 상향하거나 하향할 때 큰 저항 없이 동작할 수 있다. 복수개의 배출홀(12)은 부착면(11)의 가로방향 및 세로방향을 따라 정렬되도록 형성될 수 있다. 아울러, 조형 플레이트(10)의 둘레에도 두께를 관통하는 슬롯이 복수개 형성될 수 있다.

조형 플레이트(10)의 양측면 상단 각각에는 바깥방향으로 연장되도록 형성되는 연장부(13)가 구비되고, 상기 연장부(13)는 지지부(2)의 한 쌍의 암에 안착된다. 즉, 조형 플레이트(10)의 양측단은 지지부(2)에 지지되고, 조형 플레이트(10)의 부착면(11)은 수조부(3)를 향해 개방된다.

조형 플레이트(10)는 리무버(20)를 탄성적으로 지지될 수 있도록 탄성부재(14)를 포함할 수 있다. 상세하게는, 도 3 에 도시된 바와 같이, 부착면(11)의 양측 모서리에는 스프링과 같은 탄성부재(14)가 배치될 수 있으며, 스프링은 리무버(20)에 결합된다. 이에 따라, 리무버(20)에 압력이 가해지지 않으면, 리무버(20)는 초기위치로 복귀될 수 있다.

한편, 종래에는 조형물의 성형이 완료되면 사용자가 스크래퍼를 사용하여 조형 플레이트의 부착면(11)에 형성된 조형물을 분리하였으나, 스크래퍼에 힘이 과하게 작용하여 조형물이 변형 또는 파손될 우려가 있었고, 아울러 스크래퍼의 날에 의해 사용자가 다칠 수 있다는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 프린터(1)는 조형 플레이트(10)의 부착면(11)에 형성된 조형물을 안정적으로 분리할 수 있는 리무버(20)를 더 포함한다.

도 2 내지 도 5 를 참조하면, 리무버(20)는 조형 플레이트(10)의 부착면(11)에 대응되는 크기로 형성되는 베이스부(21)를 포함하며, 베이스부(21)의 양측 모서리에는 탄성부재(14)와 결합가능한 관통공(22)이 마련될 수 있다. 아울러, 상기 베이스부(21)의 저면에는 하방으로 돌출되는 복수개의 돌기(23)가 형성된다. 돌기(23)는 원기둥의 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 형상이 적용될 수 있음은 물론이다.

돌기(23)는 리무버(20)의 가로방향 및 세로방향을 따라 정렬된다. 도 5에 참조된 바와 같이, 베이스부(21)에 사용자의 압력이 가해지면, 돌기(23)는 조형 플레이트(10)의 배출홀(12)을 수직방향으로 통과하여, 조형물(미도시)에 압력을 가하고, 이에 따라 조형물은 부착면(11)에서 분리된다.

한편, 리무버(20)의 돌기(23)의 높이가 모두 동일하면, 모든 돌기들(23)이 조형물에 동시에 맞닿아 조형물의 저면 전체에 균일한 압력을 가하게 된다. 이에, 조형물을 분리하기 위해서 큰 압력이 가해져야 하고, 이는 사용자에게 피로감을 유발할 수 있다. 아울러, 조형물이 부착면(11)에서 동시에 분리되어 떨어지게 되면, 변형 또는 파손될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 프린터는 조형물의 분리가 용이하도록, 돌기(23)가 상기 리무버(20)의 가로방향을 따라 높이 구배를 가지도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로는, 도 4 및 도 5 에 나타나는 바와 같이, 리무버(20)의 가로방향을 기준으로, 돌기(23)는 그 높이가 일측에서 타측까지 점차 낮아지도록 형성될 수 있다. 이 경우, 사용자가 가하는 압력은 조형물의 가로방향 일측에서부터 타측까지 차례대로 작용하여, 조형물은 조형 플레이트(10)의 가로방향 일측에서부터 타측까지 차례대로 분리된다. 즉, 사용자는 조형물을 보다 적은 힘으로 안정적으로 분리할 수 있다.

다만, 이에 한정되는 것은 아니고 리무버(20)의 세로방향을 기준으로, 돌기(23)는 그 높이가 일측에서 타측까지 점차 낮아지도록 형성될 수 있다.

아울러, 돌기(23)는 리무버(20)의 가로방향 및 세로방향을 기준으로 높이 구배를 가지도록 형성될 수 있다. 구체적으로는, 돌기(23)는 리무버(20)의 가로방향을 기준으로 그 높이가 일측에서 타측까지 점차 낮아지도록 형성되며, 아울러 리무버(20)의 세로방향을 기준으로 그 높이가 일측에서 타측까지 점차 낮아지도록 형성될 수 있다. 이 경우, 조형물은 조형 플레이트(10)의 일측 코너에서 맞은편 코너까지 차례대로 분리되기 때문에, 사용자는 조형물을 보다 적은 힘으로 안정적으로 분리할 수 있다.

상술한 바와 같이, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 프린터(1)에 따르면, 리무버(20)의 돌기(23)가 가로방향 및/또는 세로방향을 따라 높이 구배를 가지기 때문에 사용자는 조형물을 조형 플레이트(10)에서 안정적이고 용이하게 분리할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 3차원 프린터
10 조형 플레이트
20 리무버

Claims (3)

1. 광경화성 수지가 경화되어 조형물이 형성되고, 저면에 복수개의 관통공이 형성되는 조형 플레이트; 및
   상기 조형 플레이트에 형성되는 조형물을 수직방향으로 밀어내고 상기 복수개의 관통공에 대응되는 복수개의 돌기를 포함하는 리무버; 를 포함하고,
   상기 돌기는 상기 리무버의 가로방향 및 세로방향을 따라 정렬되도록 배치되고 상기 돌기는 상기 리무버의 가로방향 또는 세로방향을 따라 높이 구배를 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 3차원 프린터.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 리무버는 상기 조형 플레이트에 대해 탄성지지되는 것을 특징으로 하는, 3차원 프린터.

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