WO2015170895A1 - 3d 프린터 - Google Patents

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WO2015170895A1
WO2015170895A1 PCT/KR2015/004567 KR2015004567W WO2015170895A1 WO 2015170895 A1 WO2015170895 A1 WO 2015170895A1 KR 2015004567 W KR2015004567 W KR 2015004567W WO 2015170895 A1 WO2015170895 A1 WO 2015170895A1
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liquid resin
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liquid
heating
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PCT/KR2015/004567
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이병극
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이병극
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    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Definitions

  • the present invention relates to a 3D printer.
  • a 3D printer using a photocurable liquid resin sequentially laminates the unit hardening layers corresponding to each cross-sectional shape to form a desired sculpture.
  • Each unit hardening layer is hardened
  • Still another object of the present invention is to provide a 3D printer in which replenishment of liquid resin is automatically performed.
  • the above object is to provide a 3D printer with a circulation pipe for forming a resin accommodating part for accommodating a photocurable liquid resin, a circulation passage for taking out the liquid resin from the resin accommodating part and then feeding the liquid resin back to the resin accommodating part; And a circulation pump for circulating the liquid resin in the circulation passage, a heating unit for heating the liquid resin, and a filtration filter for filtering impurities in the liquid resin in the circulation passage.
  • the heating unit is configured to heat the liquid resin when it is determined that the temperature of the liquid resin is lower than or equal to a predetermined lower limit temperature based on a temperature sensor for measuring the temperature of the liquid resin and a temperature signal from the temperature sensor. It is preferable to include a control unit for controlling, through which the temperature of the liquid resin can be maintained above a certain level.
  • the heating unit may further include a heating chamber accommodating the liquid resin drawn out from the resin accommodating part, a heating heater for heating the liquid resin in the heating chamber, and a stirrer for stirring the liquid resin in the heating chamber. It is preferable that such a configuration can increase the heating effect of the liquid resin.
  • Still another object of the present invention further includes a replenishment tank for storing a replenishment liquid resin, a replenishment pipe connecting the replenishment liquid resin in the replenishment tank to the circulation pipe, a replenishment liquid resin and the resin from the replenishment pipe.
  • a replenishment tank for storing a replenishment liquid resin
  • a replenishment pipe connecting the replenishment liquid resin in the replenishment tank to the circulation pipe
  • a replenishment liquid resin and the resin from the replenishment pipe is achieved through a 3D printer further comprising a selection valve for selecting to be supplied to the resin accommodation portion.
  • the water level sensor for measuring the water level of the liquid resin in the resin receiving portion, and based on the water level signal from the water level sensor is determined that the level of the liquid resin in the resin receiving portion is determined to be less than a predetermined appropriate level
  • a control unit for controlling the valve and the circulation pump to replenish the liquid resin in the replenishment tank with the resin accommodating part, thereby automatically replenishing the refill tank in accordance with the liquid resin level.
  • Liquid resin can be provided to the resin receiving portion.
  • the selection valve is installed upstream of the heating unit and the filtration filter, the selection valve further comprises a bypass tube for bypassing the heating unit and the filtration filter, the liquid resin through the selection valve is the heating unit And it is preferable that the filtration filter can be selected to be bypassed through the bypass pipe to be supplied to the resin accommodating portion, through which the liquid resin or the replenishment liquid resin can be circulated in more various ways.
  • a 3D printer which increases the fluidity of the liquid resin to facilitate the removal of the hardened float and improve the molding quality of the molded product.
  • a 3D printer in which the liquid resin is automatically replenished.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a 3D printer according to the present invention
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating another embodiment
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating another embodiment
  • FIG. 5 is a control diagram of the 3D printer according to the present invention.
  • the 3D printer 100 has a resin accommodating part 30 accommodating the photocurable liquid resin 10 and an optical engine 60 spaced apart from the resin accommodating part 30.
  • the optical engine 60 is illustrated to be disposed under the resin accommodating part 30, but the optical engine 60 may be equally applicable to the resin accommodating part 30. Can be.
  • the resin accommodating part 30 is generally made of a transparent bottom plate, and a molding plate 40 supporting the molding 50 is disposed on the resin accommodating part 30.
  • the image light irradiated from the optical engine 60 through this structure passes through the bottom plate of the resin accommodating part 30 and is irradiated to the liquid resin 10 inside the resin accommodating part 30.
  • the liquid resin 10 exposed to the image light is cured on the molding plate 40.
  • the molding plate 40 is lifted by the molding plate driving unit 70 and stopped at intervals for the next curing layer molding. After that, the irradiation and curing of the image light corresponding to the corresponding cross section are performed.
  • the 3D three-dimensional sculpture 50 is completed through the ascending of the model plate 40, the irradiation of the image light, and the curing process.
  • the resin accommodating part 30 is provided with a circulation pipe 110.
  • the circulation pipe 110 forms a circulation flow path 150 for returning to the resin accommodating part 30 after the liquid resin 10 is drawn out and circulated.
  • the liquid resin 10 is circulated through the operation of the circulation pump 120 disposed in the circulation passage 150.
  • the circulation pipe 110 has an outlet 32 for discharging the liquid resin 10 from the resin accommodating part 30 at one end, and the liquid resin 10 is circulated at the other end and returned to the resin accommodating part 30. It has an inlet 34.
  • the outlet 32 is generally disposed above the resin accommodating part 30 in accordance with the level of the liquid resin 10, and the inlet 34 is disposed at the lower end of the other side of the resin accommodating part 30.
  • the hardened float floating on the surface of the liquid resin 10 may be easily drawn out of the resin accommodating part 30 through the outlet 32.
  • the inlet 34 is disposed below the resin accommodating part 30, and the liquid resin 10 flows in the resin accommodating part 30 generated by the liquid resin 10 flowing into the resin accommodating part 30 after being circulated again. Minimize.
  • the height positions of the outlet 32 and the inlet 34 may be appropriately selected according to the structure of the resin accommodating part 30 and the level of the liquid resin, and, in some cases, a plurality of positions of the resin accommodating part 30 may be provided. Dogs may be arranged.
  • a heating unit 130 is installed in the circulation passage 150, and the heating unit 130 has a heating chamber, a heating heater, and a stirrer.
  • the heating unit 130 accommodates the liquid resin 10 drawn out from the resin accommodating portion 30 in the heating chamber, and heats it with a heating heater. In addition, the heating efficiency is increased by stirring the liquid resin 10 with a stirrer in the heating process.
  • the heating unit 130 heats the liquid resin 10 circulating in the circulation passage 150 by this operation, thereby lowering the viscosity of the liquid resin 10.
  • the liquid resin 10 is difficult to circulate when the temperature drops below a certain level because of the fluidity.
  • even during the curing process can not be quickly spread on the molding surface or may be supplied in a biased manner, which results in deterioration of the quality of the molding (50).
  • the 3D printer 100 of the present invention maintains a constant temperature of the liquid resin 10 through the heating unit 130 to increase the fluidity of the liquid resin 10, thereby smoothly circulating and outputting the sculpture 50. Improve quality.
  • the heating unit 130 is installed in the circulation passage 150 in this embodiment, but may be installed in the resin accommodating portion 30 as necessary.
  • the filtration filter 140 is disposed downstream of the heating unit 130 in the circulation passage 150.
  • the overfilter 140 is made of a material such as a strainer or filter cloth, any one filter material or plurality selected according to various requirements such as the particle size to be filtered, the nature of the liquid resin 10, the precision of the molding, the target quality, etc. It can be composed of a combination of filtration material.
  • the filtration filter 140 is hardened or partially cured in the liquid resin 10 to remove the floating hardened float. As such, the liquid resin 10 heated through the heating unit 130 and filtered through the filtration filter 140 is supplied to the resin accommodating part 30 through a circulation pump.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a 3D printer 200 according to another embodiment of the present invention.
  • the embodiment shown in FIG. 2 has the same basic configuration as the embodiment of FIG. 1 but further includes a replenishment tank 260 for supplying a replenishing liquid resin 13 to the circulation pipe 210.
  • the replenishment tank 260 is connected to the circulation pipe 210 through the replenishment pipe 270 downstream from the heating unit 230 and the filtration filter 240.
  • the supplementary pipe 270 and the circulation pipe 210 are connected through the three-way selector valve 280, and may selectively supply the supplementary liquid resin 13 through the selector valve 280 if necessary.
  • the replenishment tank 260 may be additionally installed to facilitate the supply of the replenishment liquid resin (13).
  • the pump in the replenishment tank 260 operates together with the circulation pump 220 to smoothly supply the replenishing liquid resin 13 in the replenishment tank 260 to the resin accommodating part 30.
  • the 3D printer 200 of the present invention supplies the supplementary liquid resin 13 to the resin accommodating part 30 according to the level of the liquid resin 10 so that the liquid resin 10 in the resin accommodating part 30 may be reduced. )
  • the water level can be kept constant.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing another embodiment of the 3D printer 300 according to the present invention.
  • the basic configuration of the embodiment shown in FIG. 3 is also the same as the embodiment of FIGS. 1 and 2.
  • the selector valve 380 is installed upstream of the heating unit 330 and the filtration filter 340, and is combined with the selection valve 380 to bypass the heating unit 330 and the filtration filter 340. 390 further.
  • the 3D printer 300 of the present invention heats and filters the liquid resin 10 drawn out from the resin accommodating part 30 and circulates it, or does not undergo a heating and filtration process through the bypass pipe 390. It can be supplied again to the resin accommodating portion 30 directly without.
  • the replenishing liquid resin 13 in the replenishment tank 360 may be directly supplied to the resin accommodating part 30 through the bypass pipe 390 or may be supplied to the resin accommodating part 30 after heating and filtration. Can be.
  • the position of the selection valve 380 and the bypass pipe 390 may be further included to circulate the liquid resin 10 in various ways, through which the liquid resin 10 or the replenishing liquid may be used in various ways. Resin 13 is supplied.
  • the unit molding layer is cured while being immersed in the liquid resin 10 in the resin accommodating part 30. That is, in these embodiments, the resin accommodating part 30 serves as a molding work space at the same time.
  • the present invention can be similarly applied to the case where the resin accommodating part 30 is independently separated from the molding work space.
  • FIG. 4 is an illustration of another embodiment of a 3D printer according to the present invention in which the resin accommodating part 30 and the molding work space are separated.
  • the 3D printer 400 has an optical engine 60 and a resin accommodating part 30 disposed in a space separately from the optical engine 60.
  • the resin accommodating part 30 accommodates the photocurable liquid resin 10 to be provided in the molding work space, and the liquid resin 10 is provided to the molding work space through the supply sheet 401.
  • the supply of the liquid resin 10 is made by moving the supply sheet 401 from side to side by winding and unwinding of the sheet driving unit 402, or the resin accommodating unit 30 directly moves from side to side and the liquid resin 10 ) Is supplied to the supply sheet 401.
  • the circulation pipe 410, the circulation pump 420, the heating unit 430, and the filtration filter 440 as illustrated in FIGS. 1,2 and 3. Is fixedly placed.
  • the resin accommodating part 30 moves and supplies the liquid resin 10
  • the respective components are arranged to be movable, or by installing the flexible circulation pipe 110, the resin is formed only by the expansion of the circulation pipe 110. It is possible to cope with the movement of the receiving portion (30).
  • the tank further includes refill tanks 260 and 360, refill pipes 270 and 370, selector valves 280 and 380, and a bypass pipe 390.
  • the circulation of the liquid resin 10 of the 3D printer may be operated by the user by directly operating the device, but is generally controlled automatically through the control unit 500.
  • the control unit 500 receives signals from the temperature sensor 510 and the water level sensor 520 regarding the temperature and the water level of the liquid resin 10 in the resin accommodating part 30, respectively.
  • the temperature sensor 510 mainly measures the temperature of the liquid resin 10 in the resin accommodating part 30. It can be measured.
  • the controller 500 controls the operation of the heating units 130, 230, 330, and 430 based on the temperature signal received from the temperature sensor 510. For example, when it is determined that the received temperature signal is below a predetermined lower limit temperature, the controller 500 heats the liquid resin 10 through the heating units 130, 230, 330, and 430. In this operation, the temperature of the liquid resin 10 in the resin accommodating part 30 and the circulation flow paths 150, 250, 350, and 450 may be maintained at a temperature higher than or equal to the lower limit temperature, and thereby the resin accommodating part 30 and the circulation flow path ( It improves the fluidity of the liquid resin 10 in the 150, 250, 350, 450.
  • control unit 500 controls to replenish the replenishing liquid resin 13 in the replenishment tanks 260 and 360 with the resin accommodating part 30 based on the water level signal received through the water level sensor 520.
  • the control unit 500 determines that the level of the liquid resin 10 in the resin receiving unit 30 is lower than a predetermined appropriate level based on the level signal of the liquid resin 10 in the resin receiving unit 30.
  • 280 and 380 are controlled to supply the supplementary liquid resin 13 in the supplementary tanks 260 and 360 to the resin accommodating part 30. While the replenishing liquid resin 13 is supplied by the operation of the selection valves 280 and 380, the withdrawal of the liquid resin 10 from the resin accommodating part 30 is stopped, and thus the liquid resin to the resin accommodating part 30. 10 is quickly replenished to maintain the level of the liquid resin 10 in the resin accommodating part 30 above an appropriate level.
  • the resin accommodating part 30 accommodating the photocurable liquid resin 10 and the liquid accommodating part 10 are drawn out from the resin accommodating part 30, circulated and resupplyed. It has a circulation pipe (110, 210, 310, 410) to form a circulation passage (150, 250, 350, 450).
  • a circulation pump 120, 220, 320, 420 for circulating the liquid resin 10 and a heating unit for heating the liquid resin 10, 130, 230, 330, 430, and filtration filters 140, 240, 340, and 440 for filtering the cured floc are disposed.
  • the circulation pipe 110, 210, 310, 410) is connected to the replenishment tanks (260, 360) through the replenishment pipe (270, 370), of the refill liquid resin (13) through the selection valves (280, 380) Optional supply.
  • This circular operation is performed through the control unit 500.
  • the control unit 500 is a heating unit (130, 230, 330, 430), selection valves (280, 380) and the circulation pump (120, 220, 320, 420) based on the temperature signal and the water level signal of the resin accommodating unit 30 ), Through which the temperature and level of the liquid resin 10 in the resin accommodating part 30 are maintained above an appropriate level.

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Abstract

본 발명은 3D 프린터에 있어서, 광경화성 액체수지를 수용하는 수지수용부와, 상기 수지수용부로부터 상기 액체수지를 인출한 다음 상기 수지수용부에 재공급하는 순환유로를 형성하는 순환배관과, 상기 순환유로 내의 상기 액체수지를 순환시키는 순환펌프와, 상기 액체수지를 가열하는 히팅유니트와, 상기 순환유로 내에서 상기 액체수지 내 불순물을 여과하는 여과필터를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 상술한 본 발명에 따르면 액체수지의 유동성을 높여 경화부유물 제거를 용이하게 하고, 조형물의 성형 품질을 향상시키며, 액체수지가 자동적으로 보충되는 3D 프린터가 제공된다.

Description

3D 프린터
본 발명은 3D 프린터에 관한 것이다.
광경화 액체수지를 사용하는 3D 프린터는 각 단면형상에 대응하는 단위 경화층들을 순차적으로 적층하여 목적하는 조형물을 성형한다. 각 단위 경화층은 광경화 액체수지에 조사된 이미지광에 의해 경화되어 만들어진다.
이러한 광경화 액체수지는 수지조에 수용 또는 저장되어 있으며, 온도에 따라 유동성이 변화한다. 그래서 주위 온도가 낮은 계절이나 환경에서는, 액체수지가 성형면에 적절히 공급되지 못하여 성형품질이 저하될 수 있다. 또한 일부 액체수지는 저장상태 혹은 사용과정에서 산란광 등의 영향으로 부분적으로 경화되어 액체수지 내를 부유하는 현상이 발생한다. 그런데 이러한 부유 불순물은 액체수지의 유동성을 악화시켜 성형품질 저하의 원인이 될 수 있다.
그리고 경화반응이 진행됨에 따라 불순물이 증가하여 액체수지의 점도가 변화하는 등, 구성하고 있는 액체수지 조성비가 변화하여 액체수지 보충이 필요하다. 하지만 종래의 3D 프린터는 액체수지를 수동으로 보충하였기 때문에, 작업자가 상시 감시하여야 하고 경우에 따라서는 적절한 시기에 액체수지를 보충을 하지 못하여 조형물의 불량을 초래할 우려가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 액체수지의 유동성 증대 및 부유불순물의 제거를 통해 조형물의 성형 품질을 향상시킬 수 있는 3D 프린터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 액체수지의 보충이 자동적으로 수행되는 3D 프린터를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 3D 프린터에 있어서, 광경화성 액체수지를 수용하는 수지수용부와, 상기 수지수용부로부터 상기 액체수지를 인출한 다음 상기 수지수용부에 재공급하는 순환유로를 형성하는 순환배관과, 상기 순환유로 내의 상기 액체수지를 순환시키는 순환펌프와, 상기 액체수지를 가열하는 히팅유니트와, 상기 순환유로 내에서 상기 액체수지 내 불순물을 여과하는 여과필터를 포함하는 3D 프린터를 통해 달성된다.
여기서, 상기 액체수지의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 온도센서로부터의 온도신호에 기초하여 상기 액체수지의 온도가 소정의 적정 하한온도 이하인 것으로 판단되는 경우, 상기 액체수지를 가열하도록 상기 히팅유니트를 제어하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하며, 이를 통해 상기 액체수지의 온도를 일정 수준 이상 유지할 수 있다.
또한, 히팅유니트는 상기 수지수용부로부터 인출된 상기 액체수지를 수용하는 히팅챔버와, 상기 히팅챔버 내의 상기 액체수지를 가열하는 가열히터와, 상기 히팅챔버 내의 상기 액체수지를 교반하는 교반기를 포함하는 것이 바람직하며, 이러한 구성으로 상기 액체수지의 가열효과를 높일 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 보충용 액체수지를 저장하는 보충탱크를 더 포함하고, 상기 보충탱크 내의 보충용 액체수지를 상기 순환배관에 연결하는 보충배관과, 상기 보충배관으로부터의 보충용 액체수지와 상기 수지수용부로부터 인출된 액체수지 중 어느 하나가 상기 수지수용부에 공급되도록 선택하는 선택밸브를 더 포함하는 3D 프린터를 통해 달성된다.
여기서, 상기 수지수용부 내 액체수지의 수위를 측정하는 수위센서와, 상기 수위센서로부터의 수위신호에 기초하여 상기 수지수용부 내의 액체수지의 수위가 소정의 적정 설정수위 미만인 것으로 판단되는 경우 상기 선택밸브와 상기 순환펌프를 제어하여, 상기 보충탱크 내의 액체수지를 상기 수지수용부로 보충하게 하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하며, 이를 통해 상기 수지수용부의 액체수지의 수위에 따라 자동으로 상기 보충탱크 내의 보충용 액체수지를 상기 수지수용부로 제공 할 수 있다.
여기서, 상기 선택밸브는 상기 히팅유니트와 상기 여과필터의 상류에 설치되며, 상기 히팅유니트와 상기 여과필터를 바이패스하는 바이패스관을 더 포함하며, 상기 선택밸브를 통해 상기 액체수지가 상기 히팅유니트 및 상기 여과필터를 상기 바이패스관을 통해 바이패스하여 상기 수지수용부에 공급되도록 선택할 수 있는 것이 바람직하며, 이를 통해 보다 다양한 방법으로 상기 액체수지 또는 상기 보충용 액체수지를 순환시킬 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면 액체수지의 유동성을 높여 경화부유물 제거를 용이하게 하고, 조형물의 성형 품질을 향상시키는 3D 프린터가 제공된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 액체수지가 자동적으로 보충되는 3D 프린터가 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터의 개념도이고,
도 2는 다른 실시예를 나타낸 개념도이며,
도 3은 또 다른 실시예를 나타낸 개념도이며,
도 4는 또 다른 실시예를 나타낸 개념도이며,
도 5는 본 발명에 따른 3D 프린터의 제어도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 3D 프린터(100, 200, 300)의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터(100)의 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 3D 프린터(100)는 광경화 액체수지(10)를 수용하는 수지수용부(30)와, 수지수용부(30)의 하부에 이격 배치된 광학엔진(60)을 갖는다. 다만, 실시예에서 설명의 편의를 위하여 광학엔진(60)이 수지수용부(30) 하부에 배치되도록 도시하였지만, 광학엔진(60)이 수지수용부(30) 상부에 배치되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 수지수용부(30)는 대체로 바닥판이 투명한 소재로 제조되며, 수지수용부(30) 상부에는 조형물(50)을 지지하는 조형판(40)이 배치된다. 이러한 구조를 통해 광학엔진(60)으로부터 조사된 이미지광은, 수지수용부(30) 바닥판을 통과하여 수지수용부(30) 내부의 액체수지(10)에 조사된다. 이미지광에 노출된 액체수지(10)는 조형판(40)에 경화된다. 한 층의 경화가 종료되면 조형판(40)은 조형판구동부(70)에 의해 상승하며 다음번의 경화층 성형을 위한 간격을 두고 정지한다. 이 후 해당 단면에 대응하는 이미지광의 조사와 경화과정이 진행된다. 이러한 조형판(40)의 상승, 이미지광 조사 및 경화과정의 반복을 통해 3차원 입체 조형물(50)이 완성된다.
수지수용부(30)에는 순환배관(110)이 설치된다. 순환배관(110)은 액체수지(10)가 인출되어 순환을 거친 후 수지수용부(30)로 복귀되는 순환유로(150)를 형성한다. 이러한 액체수지(10)의 순환은 순환유로(150)에 배치된 순환펌프(120)의 동작을 통해 이루어진다.
순환배관(110)은 일단에 수지수용부(30)로부터 액체수지(10)를 인출하기 위한 인출구(32)를 가지며, 타단에 액체수지(10)가 순환되어 수지수용부(30)로 복귀되는 유입구(34)를 갖는다. 인출구(32)는 대체로 액체수지(10)의 수위에 맞추어 수지수용부(30) 상부에 배치되며, 유입구(34)는 인출구(32) 타측 수지수용부(30)의 하단에 배치된다.
이러한 구성으로 대체로 액체수지(10) 표면을 부유하는 경화부유물이 인출구(32)를 통해 용이하게 수지수용부(30) 외부로 인출되도록 한다. 그리고 유입구(34)는 수지수용부(30) 하부에 배치되어 순환 후 다시 수지수용부(30)로 유입되는 액체수지(10)로 인해 발생하는 수지수용부(30)내의 액체수지(10) 유동을 최소화한다. 인출구(32)와 유입구(34)의 높이 위치는 수지수용부(30)의 구조와 액체수지의 수위 등에 따라 적절히 달리 선택할 수 있으며, 경우에 따라서는 수지수용부(30)의 복수의 위치에 다수 개가 배치될 수도 있다.
순환유로(150)에는 히팅유니트(130)가 설치되며, 히팅유니트(130)는 히팅챔버, 가열히터, 및 교반기를 갖는다. 히팅유니트(130)는 히팅챔버에 수지수용부(30)부터 인출된 액체수지(10)를 수용하고, 이를 가열히터로 가열시킨다. 그리고 가열과정에서 교반기로 액체수지(10)를 교반하여 가열 효율을 높인다.
히팅유니트(130)는 이러한 동작으로 순환유로(150)에서 순환하는 액체수지(10)를 가열하며, 이를 통해 액체수지(10)의 점도를 떨어뜨린다. 일반적으로 액체수지(10)는 온도가 일정 수준 이하로 하락하면 유동성이 떨어져 순환이 어렵다. 또한 경화과정에서도 성형면에서 신속히 확산되지 못하거나 편중되어 공급될 수 있으며, 이는 조형물(50)의 품질저하로 귀결된다.
이에 본 발명의 3D 프린터(100)는 히팅유니트(130)를 통해 액체수지(10)의 온도를 일정하게 유지하여 액체수지(10)의 유동성을 높이고, 이를 통해 원활한 순환과 조형물(50)의 출력품질을 향상시킨다. 이 히팅유니트(130)는 본 실시예에서 순환유로(150)에 설치되어 있지만 필요에 따라 수지수용부(30) 내에 설치될 수도 있다.
순환유로(150) 내에서 히팅유니트(130)의 하류에 여과필터(140)가 배치된다. 과필터(140)는 거름망이나 거름천 등의 소재로 이루어지며, 여과되는 입자 사이즈, 액체수지(10)의 성질, 조형물의 정밀도, 목표 품질 등 다양한 필요조건에 따라 선택된 어느 하나의 여과소재 혹은 복수 여과소재의 조합으로 구성될 수 있다. 이러한 구성으로 여과필터(140)는 액체수지(10) 내의 경화 혹은 부분 경화되어 부유하는 경화부유물을 제거한다. 이와 같이 히팅유니트(130)를 통해 가열되고 여과필터(140)를 통해 불순물이 걸러진 액체수지(10)는 순환펌프를 통해 수지수용부(30)로 재공급된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린터(200)의 개념도이다. 도 2에 도시된 실시예는 도 1의 실시예와 기본적인 구성은 동일하지만 순환배관(210)에 보충용 액체수지(13)를 공급하는 보충탱크(260)를 더 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이 보충탱크(260)는 히팅유니트(230) 및 여과필터(240) 하류에서 보충배관(270)을 통해 순환배관(210)에 연결된다. 보충배관(270)과 순환배관(210)은 3방향 선택밸브(280)를 통해 연결되어 있으며, 이 선택밸브(280)를 통해 필요시 보충용 액체수지(13)를 선택적으로 공급할 수 있다.
또한 보충탱크(260)에는 보충용 액체수지(13)의 공급을 원활하게 하기 위해 펌프가 추가 설치될 수 있다. 이 보충탱크(260) 내의 펌프는 순환펌프(220)와 함께 동작하여 보충탱크(260) 내의 보충용 액체수지(13)가 수지수용부(30)로 원활하게 공급되도록 한다. 이와 같은 구조를 통해 본 발명의 3D 프린터(200)는 액체수지(10)의 수위에 따라 보충용 액체수지(13)를 수지수용부(30)에 공급하여 수지수용부(30) 내의 액체수지(10) 수위를 일정하게 유지 할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 3D 프린터(300)의 또 다른 실시예를 나타낸 개념도이다. 도 3에 도시된 실시예의 기본적인 구성 또한 도 1 및 도 2의 실시예와 동일하다. 하지만 선택밸브(380)가 히팅유니트(330)와 여과필터(340)의 상류에 설치되며, 선택밸브(380)와 결합하여 히팅유니트(330)와 여과필터(340)를 바이패스 하는 바이패스관(390)을 더 포함한다. 이러한 구조를 통해 본 발명의 3D 프린터(300)는 수지수용부(30)에서 인출된 액체수지(10)를 가열 및 여과시켜 순환시키거나, 바이패스관(390)을 통해 가열 및 여과과정을 거치지 않고 곧바로 수지수용부(30)로 재공급할 수 있다.
또한 보충탱크(360) 내의 보충용 액체수지(13)를 바이패스관(390)을 통해 곧바로 수지수용부(30)로 공급하거나, 가열 및 여과 과정을 거친 후 수지수용부(30)에 공급되도록 할 수 있다. 이와 같이 선택밸브(380)의 위치와 바이패스관(390)를 더 포함하여 다양한 방법으로 액체수지(10)를 순환 시킬 수 있으며, 이를 통해 필요에 따라 다양한 방법으로 액체수지(10) 또는 보충용 액체수지(13)를 공급한다.
전술한 실시예들에서는 단위 성형층이 수지수용부(30) 내의 액체수지(10)에 침지된 상태에서 경화가 이루어진다. 즉, 이들 실시예에서는 수지수용부(30)가 조형작업공간으로서의 역할을 동시에 한다. 그러나 본 발명은 수지수용부(30)가 조형작업공간으로부터 독립적으로 분리되어 있는 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
도 4는 수지수용부(30)와 조형작업공간이 분리되어 있는 본 발명에 따른 3D프린터의 다른 실시예의 예시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 3D 프린터(400)는 광학엔진(60)과 광학엔진(60)으로부터 별도로 이격된 공간에 배치되는 수지수용부(30)를 갖는다. 수지수용부(30)는 조형작업공간에 제공될 광경화 액체수지(10)를 수용하며, 이 액체수지(10)는 공급시트(401)를 통해 조형작업공간으로 제공된다. 이러한 액체수지(10)의 공급은 시트구동부(402)의 권취 및 권출에 의해 공급시트(401)가 좌우로 이동을 통해 이루어지거나, 수지수용부(30)가 직접 좌우로 이동하며 액체수지(10)가 공급시트(401)에 공급되도록 한다.
시트구동부(402)를 통해 액체수지(10)가 공급되는 경우는 도 1,2,3의 예시와 같이 순환배관(410), 순환펌프(420), 히팅유니트(430) 및 여과필터(440)는 고정되어 배치된다. 하지만 수지수용부(30)가 이동하며 액체수지(10)를 공급하는 경우 각각의 구성요소들은 이동 가능하도록 배치가 되거나, 신축 가능한 순환배관(110)을 설치하여 순환배관(110)의 신축만으로 수지수용부(30)의 이동에 대응 가능하도록 한다. 그리고 필요에 따라 보충탱크(260, 360), 보충배관(270, 370), 선택밸브(280, 380) 및 바이패스관(390)을 더 포함한다.
이러한 3D 프린터의 액체수지(10) 순환은 사용자가 직접 장치를 작동시켜 동작시킬 수도 있지만, 대체로 제어부(500)를 통해서 자동으로 제어된다.
도 5는 본 발명에 따른 3D 프린터(100, 200, 300, 400)의 제어도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 제어부(500)는 온도센서(510)와 수위센서(520)로부터 수지수용부(30) 내의 액체수지(10) 온도와 수위에 관한 신호를 각각 수신한다. 다만 온도센서(510)는 주로 수지수용부(30) 내의 액체수지(10) 온도를 측정하지만, 필요에 따라 순환유로(150, 250, 350, 450)의 특정위치 액체수지(10)의 온도를 측정할 수 있다.
제어부(500)는 온도센서(510)로부터 수신된 온도신호를 기초로 히팅유니트(130, 230, 330, 430)의 동작을 제어한다. 예를 들어 수신된 온도신호가 소정의 적정 하한온도 이하인 것으로 판단되면, 제어부(500)는 히팅유니트(130, 230, 330, 430)를 통해 액체수지(10)를 가열한다. 이러한 동작으로 수지수용부(30)와 순환유로(150, 250, 350 ,450) 내의 액체수지(10)의 온도를 하한온도 이상으로 유지할 수 있으며, 이를 통해 수지수용부(30)와 순환유로(150, 250, 350, 450)내의 액체수지(10) 유동성을 높인다.
또한 제어부(500)는 수위센서(520)를 통해 수신된 수위신호를 기초로 보충탱크(260, 360)내의 보충용 액체수지(13)를 수지수용부(30)로 보충하도록 제어한다. 제어부(500)는 수지수용부(30)내의 액체수지(10)의 수위신호에 기초하여, 수지수용부(30) 내의 액체수지(10)의 수위가 소정의 적정 설정수위 미만인 것으로 판단되면 선택밸브(280, 380)를 제어하여 보충탱크(260, 360) 내의 보충용 액체수지(13)가 수지수용부(30)에 공급되도록 한다. 이러한 선택밸브(280, 380)의 동작으로 보충용 액체수지(13)가 공급되는 동안에는 수지수용부(30)로부터 액체수지(10)의 인출이 중단되며, 이를 통해 수지수용부(30)로 액체수지(10)가 빠르게 보충되어 수지수용부(30) 내액체수지(10)의 수위를 적정 수준 이상을 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 프린터는 광경화 액체수지(10)를 수용하는 수지수용부(30)와, 수지수용부(30)로부터 액체수지(10)를 인출하여 순환시킨 후 재공급하는 순환유로(150, 250, 350,450)를 형성하는 순환배관(110, 210, 310, 410)를 갖는다. 이러한 순환유로(150, 250, 350, 450)에는 액체수지(10)를 순환시키는 순환펌프(120, 220, 320, 420)와 액체수지(10)를 가열하는 히팅유니트(130, 230, 330, 430), 그리고 경화부유물을 여과하는 여과필터(140, 240, 340, 440)가 배치된다. 순환배관(110, 210, 310, 410)의 일측에는 보충배관(270, 370)를 통해 보충탱크(260, 360)가 연결되며, 선택밸브(280, 380)를 통해 보충용 액체수지(13)의 선택적 공급된다. 이러한 순환 동작은 제어부(500)를 통해서 이루어진다. 제어부(500)는 수지수용부(30)의 온도신호와 수위신호를 기초로 히팅유니트(130, 230, 330, 430), 선택밸브(280, 380) 및 순환펌프(120, 220, 320, 420)를 제어하며, 이를 통해 수지수용부(30) 내의 액체수지(10) 온도와 수위를 적정 수준 이상으로 유지한다.
다만, 본 발명의 권리범위는 도시된 실시예에 한정되지 않으며, 액체수지의 순환이 가능한 모든 3D 프린터에 적용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 3D 프린터에 있어서,
    광경화성 액체수지를 수용하는 수지수용부와;
    상기 수지수용부로부터 상기 액체수지를 인출한 다음 상기 수지수용부에 재공급하는 순환유로를 형성하는 순환배관과;
    상기 순환유로 내의 상기 액체수지를 순환시키는 순환펌프와;
    상기 액체수지를 가열하는 히팅유니트와;
    상기 순환유로 내에서 상기 액체수지 내 불순물을 여과하는 여과필터를 포함하는 3D 프린터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 액체수지의 온도를 측정하는 온도센서와;
    상기 온도센서로부터의 온도신호에 기초하여 상기 액체수지의 온도가 소정의 적정 하한온도 이하인 것으로 판단되는 경우, 상기 액체수지를 가열하도록 상기 히팅유니트를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 히팅유니트는 상기 수지수용부로부터 인출된 상기 액체수지를 수용하는 히팅챔버와, 상기 히팅챔버 내의 상기 액체수지를 가열하는 가열히터와, 상기 히팅챔버 내의 상기 액체수지를 교반하는 교반기를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  4. 제 1항에 있어서,
    보충용 액체수지를 저장하는 보충탱크를 더 포함하고;
    상기 보충탱크 내의 액체수지를 상기 순환배관에 연결하는 보충배관과;
    상기 보충배관으로부터의 보충용 액체수지와 상기 수지수용부로부터 인출된 액체수지 중 어느 하나가 상기 수지수용부에 공급되도록 선택하는 선택밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 수지수용부 내 액체수지의 수위를 측정하는 수위센서와;
    상기 수위센서로부터의 수위신호에 기초하여 상기 수지수용부 내의 액체수지의 수위가 소정의 적정 설정수위 미만인 것으로 판단되는 경우 상기 선택밸브와 상기 순환펌프를 제어하여, 상기 보충탱크 내의 보충용 액체수지를 상기 수지수용부로 보충하게 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 선택밸브는 상기 히팅유니트와 상기 여과필터의 상류에 설치되며;
    상기 히팅유니트와 상기 여과필터를 바이패스하는 바이패스관을 더 포함하며;
    상기 선택밸브를 통해 상기 액체수지가 상기 히팅유니트 및 상기 여과필터를 상기 바이패스관을 통해 바이패스하여 상기 수지수용부에 공급되도록 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
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