WO2019107712A1 - 3d물체를 성형하는 3d 프린터 - Google Patents

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WO2019107712A1
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liquid resin
optical housing
plate
bottom plate
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이병극
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주식회사 캐리마
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    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Definitions

  • the present invention relates to a 3D printer for forming a 3D object.
  • the photocurable 3D printer when a molding plate is immersed in a resin tank containing a liquid resin and positioned, and light energy is irradiated to a liquid resin layer between the molding plate and the bottom plate through a transparent resin plate, The layer is cured to form a solid unitary layer. By continuously laminating the unit forming layer while raising or lowering the molding plate, a desired 3D molded product is obtained.
  • This type of 3D printer is called a photocurable 3D printer.
  • the lower surface of the unit forming layer is fixed to the transparent bottom plate, and when the forming plate is raised, the lower surface of the unit forming layer and the transparent bottom plate surface are fixed Distortion and stress are generated. This causes the surface of the finished print to be rough.
  • the molding plate is raised by a predetermined height so as to fill the liquid resin between the hardened unit molding layer and the bottom plate, and then lowered to be spaced apart by a thickness necessary for curing of the subsequent unit molding layer .
  • the upward stacking type 3D printer has a problem that it takes a considerable time to complete the work due to the repetitive operation due to the rising and falling of the molding plate.
  • the molding plate can not be maintained at a constant height, the liquid resin does not penetrate smoothly into the gap between the molding plate and the bottom plate, and bubbles are generated.
  • a 3D printer comprising: a frame; A resin tank installed in the frame and hermetically accommodating the curable liquid resin at a constant pressure; A shaping plate immersed in the photocurable liquid resin in the resin tank to support the 3D molded product; A transparent bottom plate for immersing the liquid resin in the liquid resin so as to penetrate the liquid resin between the liquid resin and the molding plate, and an optical housing comprising a housing for supporting the transparent bottom plate and receiving pressure from the liquid resin; An exposure unit that ascends and descends like the optical housing and exposes the liquid resin between the transparent bottom plate and the shaping plate of the optical housing to form a shaping layer; And a driving unit for driving the optical housing and the shaping plate to relatively move apart from each other.
  • the 3D printer of the present invention is easy to penetrate the liquid resin between the molding plate and the transparent bottom plate because the optical housing is immersed in the resin tank which is hermetically sealed.
  • the driving unit gradually moves one of the optical housing and the shaping plate to one side of the upper side or the lower side during exposure of the exposure unit, And a supplemental resin tank for supplementing the liquid resin to maintain the predetermined pressure.
  • the present invention supplies the resin from the supplementary resin tank to the hermetically sealed resin tank under a strong pressure, so that the resin is smoothly supplied to the molding surface due to the pressure rise in the resin tank.
  • an optical housing pivotal driving unit for rotating or vibrating the transparent bottom plate of the optical housing with respect to the shaping layer while the exposure unit exposes the transparent bottom plate.
  • the transparent bottom plate of the present invention is easily released from the transparent bottom plate by the rotation or vibration of the optical housing pivot drive portion.
  • the present invention enables a continuous layer, and the transparent bottom plate and the shaping layer of the optical housing are released, and the shaping layer is attached to the shaping plate, so that the 3D molding is safely laminated.
  • a transparent, non-curable liquid phase release layer having a specific gravity smaller than that of the photo-curable liquid resin housed in the opposed face of the transparent bottom plate to the shaping plate, wherein the exposure unit comprises the transparent bottom plate and the non- The photo-curable liquid resin forms the shaping layer and adheres to the shaping plate side while exposing the liquid-impermeable layer to the liquid-phase resin, and separates the new layer from the mold- And the liquid resin permeates.
  • a space for accommodating the liquid release layer is formed on the transparent bottom plate so that the transparent release layer and the shaping layer come into contact with each other so that the shaping layer is easily separated and released from the liquid release layer.
  • a sealing housing that is in close contact with the inner wall of the resin tank outside the optical housing;
  • An upper resin tank forming an upper portion of the resin tank on the basis of the closed housing;
  • a lower resin tank forming a lower part of the resin tank on the basis of the closed housing and facing the molding plate and the transparent bottom plate;
  • a circulation flow passage for circulating the liquid resin accommodated in the upper resin reservoir to the lower reservoir when the optical housing and the enclosure housing are lifted.
  • the pressure of the resin of the upper resin tank is forcibly applied to the lower resin tank to induce the liquid resin to penetrate well into the space between the transparent bottom plate and the molding plate or between the transparent bottom plate and the molding layer.
  • a filter for filtering impurities of the liquid resin is further provided downstream of the circulation pump of the circulation pipe, and a plurality of the circulation pipe, the circulation pump, and the filter are installed.
  • a plurality of circulation pumps, circulation pipes, circulation flow paths and filters are used to allow a new high-quality resin to penetrate the molding surface.
  • the 3D printer according to the present invention has a problem in that a 3D object attached to a shaping plate is separated during molding because a 3D object is laminated on an upper part of a shaping plate in a relatively stable position and the optical housing rises relatively prevent.
  • the liquid resin is smoothly penetrated by using the pressure of the liquid resin applied to the resin tank by the molding surface between the transparent bottom plate and the shaping plate of the optical housing facing the shaping plate with the shaping plate facing upward, Molding is possible.
  • Fig. 1 is an external functional diagram of a 3D printer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a detailed view of "part A " of Fig. 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a detailed view of "part A " in Fig. 1 according to a modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is an external view of the 3D printer according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a detailed view of "B part" of Fig. 4 according to the second embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 is a detailed view of "part B" in Fig. 4 according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 is an external functional diagram of a 3D printer according to the first embodiment of the present invention.
  • the 3D printer 100 includes a driving frame 10, a lowering driving unit 60, an exposure unit 20, a resin tank 30, an optical housing 40, a shaping plate 50, an optical housing pivoting drive unit 70 A replenishment resin tank 34, a replenishing piping 32, a replenishing pump 36, and a lifting drive unit 80. As shown in Fig.
  • the driving frame 10 is connected to a lift driving part 80 including a lifting arm 84 and a lifting guide 82.
  • the lowering driving unit 60 is provided therein with a control unit (not shown), an electric component, and an actuator for descending.
  • the control unit controls the exposure unit 20, the lift driving unit 80, and the lowering driving unit 60 to control the exposure timing, the irradiation time, the irradiation energy, the size of the object, and the like.
  • the lifting and lowering driving unit 80 and the lowering driving unit 60 have built-in lifting and lowering actuators such as a motor and operate under the control of the control unit.
  • the exposure unit 20 is connected to the optical housing pivot drive unit 70 and to the lift driving unit 80.
  • an exposure light LE for changing the liquid resin 1 of the light-curing 3D printer 100 of the present invention from a liquid state to a solid state by radical polymerization reaction is irradiated.
  • the exposure unit 20 ascends with respect to the resin tank 30 when the lifting drive unit 80 rises.
  • the optical housing 40 comprises a transparent bottom plate 42, a closed housing 48 for sealing the upper liquid level of the resin trough 30 and a housing 44 for immersion in the liquid resin 1 in the resin trough 30 .
  • the sealed housing 48 moves upward and downward integrally with the optical housing 40 and moves while keeping the hermeticity with the partition walls of the resin tanks 30.
  • the resin of the supplemental resin tank 34 is supplied and a constant pressure is always applied to the inside of the resin tank.
  • a supplementary pump 36 is provided in the replenishing resin tank 34 and a new resin is supplied by the operation of the replenishing pump 36 in conjunction with the fluctuation of the resin capacity of the resin tank 30 to maintain the pressure of the resin tank 30 do.
  • optical housing 40 is connected to the optical housing pivot drive unit 70 and the exposure unit 20 is also connected to the optical housing pivot drive unit 70, when the drive frame 80 is lifted, The unit 20 also ascends at the same time.
  • the lifting drive unit 80 is lifted or the lifting drive unit 60 is lowered so that the gap between the shaping plate and the transparent bottom plate is relatively distant, and the shaping layer is continuously stacked on the upper side of the shaping plate.
  • a resin trough (30) is seated on the frame portion composed of the lowering driving portion (60) and the driving frame (10).
  • the resin trough 30 is seated on the upper portion of the lower driving portion 60.
  • the resin trough 30 may be mounted on the frame or may be seated in various ways, do. The present invention includes all such cases.
  • the shaping plate 50 is immersed in the liquid resin 1 and seated.
  • the upper side 52 of the molding plate 50 is positioned opposite to the transparent bottom plate 42 of the optical housing 40.
  • the gap between the upper surface 52 of the molding plate 50 and the lower side surface 46 of the transparent bottom plate 42 corresponds to the molding surface and the liquid resin 1 penetrated is exposed to the light emitted by the exposure unit 20 And is changed from a liquid phase to a solid state by a photopolymerization reaction by exposure light (LE).
  • the cured molding layer is cured between the molding plate 50 and the transparent bottom plate 42, the cured molding layer is adhered to both sides of the molding plate 50 and managed to be released from the transparent bottom plate 42 .
  • the cured molding layer is continuously laminated upward along the upper side 52 of the molding plate 50, the molding is lifted up and down in the direction of gravity while hanging from the molding plate as in the conventional technique, And the problem of being detached from the molding plate and immersed in the resin tanks 50 is solved.
  • the optical housing pivoting drive unit 70 transmits rotational force or vibration to the optical housing 40 so that the molded layer can be easily released from the transparent bottom plate 42. More specifically, the photo-curable liquid phase (1) in close proximity to the transparent bottom plate (42) slows down the rate of curing due to continuous flow and tremor. The cured layer is adhered to the molding plate 50 and separated from the transparent bottom plate 42 before the photo-curing liquid resin is fixed to the transparent bottom plate 42 through the delay of the curing time and becomes difficult to mold.
  • the shaping layer is separated from the transparent bottom plate 42, penetration of the new liquid resin is made easier.
  • the optical housing pivoting drive part 70 is a device for rotating the optical housing 40 continuously during the exposure so that the moldings can be continuously produced so that the optical housing can be repeatedly lifted or lowered to desorb and supply the liquid resin, There is an effect of reducing the time required for repeatedly lowering and elevating and lowering the plate 50.
  • Vibration, or rotational force of the optical housing pivoting drive unit 70 is preferably blocked to prevent the pivoting, vibration, and rotational force from being transmitted to the exposure unit 20.
  • the optical housing 40 can swing, vibrate, rotate, as well as tilt, so that the transparent bottom plate 42 of the optical housing 40 facilitates release from the shaping layer.
  • the lower side 46 of the transparent bottom plate 42 of the optical housing 40 is preferably a separating surface from which the cured resin is separated to form a release layer such as Teflon coating or non-curable liquid release agent, .
  • the inside of the optical housing 40 is sealed by the housing 44 so that the resin 1 does not penetrate, and the exposure light LE passes through the air as a medium and is exposed to the molding surface.
  • the immersion position of the transparent bottom plate 42 of the optical housing 40 is immersed in the liquid resin 1 contained in the resin tank 30 so that the internal pressure is constantly maintained in the sealed resin tank 30 And the pressure is held by the replenishing pump 36 of the resin tank 34.
  • the optical housing 40 When the drive frame 80 rises, the optical housing 40 also ascends, and the hardened molding layer between the molding plate 50 and the transparent bottom plate 42 is attached to the molding plate 50, And the new resin 1 in the liquid state is separated from the clear bottom plate 42 by the replenishment pump (not shown) by the gap between the molding plate 50 (more precisely the hardened layer formed on the upper surface 52 of the molding plate 50) 36).
  • the gap between the upper side 52 of the molding plate 50 and the lower side 46 of the transparent bottom plate 42 becomes the molding surface and the liquid resin 1 permeating the molding surface is transferred to the exposure unit 20, And is cured by light reaction by the exposure light (LE) that diverges.
  • the penetration depth of the exposure light LE emitted from the exposure unit 20 is equal to or greater than the unit molding layer and the solid resin of the cured layer already cured when the new liquid resin in the molding surface receives the exposure light LE, (LE) may be added to increase the hardening.
  • the molding plate 50 is immersed in the liquid resin 1, and the cured layer attached to the molding plate 50 in the immersed state is continuously exposed to the exposure light LE,
  • the degree of the curing is made at a time difference in the order of liquid -> partial curing (30%) -> partial curing (60%) -> full curing.
  • complete curing may be performed after the molding 5 (see FIG. 2) is moved out of the resin tray 30 after the molding step.
  • FIG. 2 is a detailed view of "part A " of Fig. 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the shaping plate 50 is stopped and dipped in the liquid resin 1 of the resin tank 30 to be molded.
  • the lifting drive part 80 stops the lifting drive part 60 descends and the shaping plate 50 is lowered.
  • a molding 5 is stacked on the upper side 52 of the molding plate 52.
  • the first unit forming layer L1 is laminated on the upper side 52 of the shaping plate 52 and the second unit forming layer L2 is laminated thereon.
  • the liquid resin 1 penetrates between the most recent unit molding layer (L2 in Fig. 2) of the molding 5 and the transparent bottom plate 42 of the optical housing 40 to form a molding surface, (1) of the liquid phase causes a photoreaction and cures by the irradiation of the exposure light (LE) of the resin (20).
  • the optical housing 40 is always under pressure in the resin tank 30, and since the transparent bottom plate 42 is immersed and positioned, the optical housing 40 is subjected to the same pressure as the arrow "F" in the drawing.
  • the resin filled from the replenishing resin tank 34 by the action of the replenishing pump 36 causes the infiltration pressure
  • the liquid resin 1 penetrates into the molding surface.
  • the new resin 1 easily penetrates into the molding surface in conjunction with the lifting of the lifting drive part 80, thereby preventing quality deterioration such as bubble formation in the molded product 5.
  • the reaction heat by the photo- 1) is also used for cooling.
  • FIG. 3 is a detailed view of "part A " in Fig. 1 according to a modification of the first embodiment of the present invention.
  • the modified example of the first embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that a space for storing the non-hardenable transparent liquid release agent 2 is formed in the lower part of the transparent bottom plate 42.
  • the noncurable transparent liquid release agent (2) has a smaller specific gravity than the photo-curable liquid resin (1). Therefore, even when the lifting drive portion 80 rises or the lifting drive portion 60 falls, the liquid releasing agent 2 forms a layer without mixing with the liquid resin 1, So that it plays a role of releasing between the transparent bottom plate 42 even if it is cured by photoreaction.
  • a non-mixable, non-curable, liquid material having a specific gravity heavier than that of the photo- And the non-mixed and non-curable liquid material is set to be lower than the height of the molding plate 50, so that the filling of the photo-curable resin can be economically maintained.
  • the pressure of the photocurable liquid resin 1 in the molding space where the liquid resin is hardened by the water level of the supplementary resin tank 34 or the pressure supply is supplied by pressure, To make it easier.
  • the flow of the noncurable liquid phase releasing agent is minimized by the pressure of the photo-curable liquid phase resin (1), and the flow of the liquid phase releasing agent at the interface between the photo-curable liquid phase releasing agent The horizontal becomes more stable. This can be expected not only to smoothly supply the photo-curable liquid resin during molding, but also to stabilize the forming interface and improve the surface roughness of the printed product.
  • FIG 4 is an external view of the 3D printer according to the second embodiment of the present invention.
  • the 3D printer 200 includes a sealed resin reservoir 130 for storing a liquid resin 101, an optical housing 140 rising in combination with the closed housing 148, a resin reservoir 130, An exposure unit 120 for irradiating exposure light LE toward the transparent bottom plate 142 of the optical housing 140, an optical housing 140, and an exposure unit 140.
  • An optical housing pivot driving unit 170 which couples the optical housing 120 and transmits vibration or rotational force to the optical housing, a lifting drive unit 180 that lifts up the optical housing 140, and a descending drive unit 160 that descends the resin tank and the shaping plate.
  • the lifting drive unit 160 when the lifting drive unit 180 is lifted, the lifting drive unit 160 is stopped.
  • the lifting drive unit 180 is stopped.
  • the resin tanks 130 are separated into the upper resin tanks 131 and the lower lower resin tanks 143 by the closed housing 148.
  • the upper resin tank 131 and the lower resin tank 132 are connected through the circulation pipe 132 and the upper resin tank 131 is filled with the liquid resin 101 so as to be sealed.
  • the liquid resin 101 of the upper resin reservoir 131 is applied to the lower resin reservoir 133 through the circulation pipe 132 so that the lower resin reservoir
  • the foundation trough 133 is further pressurized by the liquid resin 101 supplied.
  • the circulation pipe 132 may be installed outside the resin tank 30 as shown in FIG. 4 or may be installed inside the resin tank 130 in conjunction with the optical housing 140. Circulating piping provided inside the resin tank is not shown.
  • the new resin 101 easily penetrates into the molding surface between the upper surface of the molding plate 150 and the transparent bottom plate 142 of the buoyancy housing 140 in conjunction with the rise of the lifting drive unit 180, 5 to prevent the deterioration of the quality of air bubbles.
  • a through hole 148a may be formed in the closed housing 148 to allow the liquid resin 101 passing through the through hole to apply pressure to the lower resin tank when the closed housing 148 is lifted.
  • the liquid resin 101 of the upper resin tank 131 is circulated to the lower resin tank 133 in conjunction with the upward movement of the closed housing 148 to apply pressure to the lower resin tank 133
  • a circulation pump 134 and a filter 136 are provided in the circulation pipeline 132 to forcibly circulate the liquid resin 101 of the upper resin tank 131 to the lower resin tank 133, An embodiment in which the resin pressure is increased is also possible.
  • the filter 136 is installed on the downstream side with respect to the flow of the liquid resin circulating to the circulation pump 134. It is also possible to provide a circulation pipe 132 circulating the resin or a heater (not shown) for heating the resin in the circulation pump 134.
  • the inlet port for the circulating circulating flow path or the circulating pipe 132 to the lower resin reservoir 133 is circulated at a height adjacent to the molding surface formed by the molding plate 150 and the transparent bottom plate 142, Which is advantageous in supplying the resin.
  • the circulation pipe 132, the circulation pump 134, and the filter 136 may be provided in a plurality of sets to be installed at a plurality of positions.
  • the outlet side passage of the circulation pipe 132 is extended to the position adjacent to the transparent bottom plate 142 of the shaping plate 150 and the buoyancy housing 140 so that a new resin 101 is adhered to the molding surface adjacent to the shaping plate 150 It is possible that the new resin 101 easily permeates the molding surface.
  • FIG. 5 is a detailed view of "B part" of Fig. 4 according to the second embodiment of the present invention.
  • the molding plate 150 is stopped and immersed in the liquid resin 101 of the resin tank 130 and the molding 5 is stacked on the upper side 152 of the molding plate 150.
  • the first unit molding layer L1 is first laminated on the upper side 152 of the molding plate 150 and the second unit molding layer L2 is laminated thereon to form the molding 5.
  • a liquid resin 101 penetrates between the most recent unit molding layer (L2 in Fig. 4) of the molding 5 and the transparent bottom plate 142 of the optical housing 140 to form a molding surface,
  • the resin 101 in the liquid phase reacts with light by the irradiation of the exposure light LE of the resin layer 120 to cure.
  • Fig. 6 is a detailed view of "part B" in Fig. 4 according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • the modified example of the second embodiment of the present invention is different from the second embodiment in that a space for storing the non-hardenable transparent liquid release agent 102 is formed below the transparent bottom plate 142.
  • the noncurable transparent liquid release agent 102 has a specific gravity smaller than that of the photo-curable liquid resin 101. [ Therefore, even when the lifting drive unit 180 is lifted or the lifting drive unit 160 is lifted down, a layer is formed without being mixed with the liquid resin 101, and the liquid phase release agent 102 is separated from the photocurable liquid resin 101, So that the transparent bottom plate 142 serves as a release mold.
  • the lift driving portions 80 and 180 are raised or the lowering driving portions 60 and 160 are provided.
  • the lift driving portions 80 and 180 are raised when the mold is released, It is possible to descend again for molding, and the lowering drive portions 60 and 160 can be lowered at the time of mold release and then raised again to form the formed layer.
  • the embodiment of the present invention includes both a continuous layer in which the lifting drive portion 80, 180 continuously ascends or a descending drive portion 60, 160 continues to descend, and a general molding method in which the lifting portion 60, 160 repeats the ascending and descending.
  • the lift-up portion rises.
  • the lift-up portion can be used for the continuous mold-up method in which the lift-up portion is raised during mold release and is repeatedly raised and stopped during molding. Therefore, the present invention also includes a continuous molding method.
  • the shape of the optical housing in the first embodiment and the second embodiment of the present invention is not particularly limited, the shape of the optical housing includes both square and circular shapes, and the optical housing or resin tank is provided with a pressure- A rubber ring and a compression ring may be additionally provided so as to maximize the compression effect while preventing water leakage.
  • all of the exposure, the rise of the lift driving unit, the fall of the downward driving unit, the operation of the replenishing pump, the operation of the optical housing swing drive unit, the timing, and the operation time are all controlled by the operation of the control unit.
  • the 3D printer for forming the 3D object of the present invention can be used in the precision machine industry, the precision processing industry, and the like.

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Abstract

3D물체를 성형하는 3D 프린터가 개시된다. 본 발명에 따른 3D 프린터에 있어서, 프레임; 프레임에 설치되고 광경화성 액상수지를 일정한 압력으로 밀폐수용하는 수지조; 수지조 내에서 광경화성 액상수지에 침지되어 3D 성형물을 지지하는 조형판; 액상수지에 침지하여 조형판과의 사이로 액상수지가 침투하도록 하는 투명바닥판과 투명바닥판을 지지하는 하우징으로 이루어지고 액상수지로부터 압력을 받는 광학하우징; 광학하우징과 같이 승강하며 광학하우징의 투명바닥판과 조형판 사이의 액상수지를 향하여 노광하여 성형층을 형성하는 노광유니트; 및 광학하우징 및 조형판 중 어느 하나를 상대적으로 이격하도록 구동하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 3D 프린터는 조형판이 상부를 향하도록 하고 조형판과 대향하는 광학하우징의 투명바닥판과 조형판 사이의 성형면에 광학하우징에 인가되는 액상의 수지의 압력을 이용하여 액상의 수지가 원활히 침투하여 기포없는 3D물체의 성형이 가능하다. 또한, 조형판의 상부를 향하여 3D성형물이 적층 성형하므로 조형판에서 3D성형물이 분리되는 문제를 방지한다.

Description

3D물체를 성형하는 3D 프린터
본 발명은 3D물체를 성형하는 3D프린터에 관한 발명이다.
광경화식 3D프린터는 액상의 수지를 수납한 수지조 내부에 조형판을 침지하여 위치시키고, 투명한 수지조 바닥판을 통하여 조형판과 바닥판 사이의 액상의 수지층에 광에너지를 조사하면 액상의 수지층은 경화하여 고체의 단위성형층을 형성한다. 조형판을 상승 혹은 하강하면서 단위성형층을 계속하여 적층하면 원하는 3D 성형물을 얻는다. 이와 같은 방식의 3D 프린터를 광경화식 3D 프린터라 한다.
그러나, 종래의 광경화식 3D 프린터는 단위성형층의 경화가 완료되면 단위성형층의 하부 면이 투명바닥판에 고착되어, 조형판 상승 시 단위성형층의 하부면과 투명바닥판면과의 고착에 의한 뒤틀림과 스트레스가 발생된다. 이 점은 완료된 출력물의 표면이 거칠어지는 문제를 초래한다.
3D성형물이 조형판에 거꾸로 매달려서 점차적으로 적층되는 상향 적층 방식 3D프린터에서는, 반복적인 수축현상으로 결국 성형물이 조형판에서 분리되어 낙하하는 문제점이 있었다.
또한, 성형물이 조형판 상부 면에 고착된 채로 점차 하향 이동하는 하향 적층 방식 3D프린팅 방식에서는, 성형물이 낙하 또는 이탈하는 문제점은 없으나 최초 성형을 시작하기 전에 항상 최고 수위만큼의 광경화 액상수지를 가득 채워야 하므로 비용적인 측면에서 부담을 초래하였다. 아울러, 광 경화 반응 중 침전되는 부유물에 대한 수지조 세척에 관한 문제점이 있었다.
한편, 단위성형층의 경화가 끝나면 경화된 단위성형층과 바닥판 사이에 액상수지가 채워질 수 있도록 조형판을 일정 높이만큼 상승시킨 후 다시 하강시켜 후속의 단위성형층 경화에 필요한 두께만큼 이격되도록 하였다. 이러한 과정에서, 상향 적층 방식 3D프린터는 조형판 상승 및 하강에 따른 반복동작 때문에 작업 완료까지 상당한 시간이 소요되는 문제가 발생하였다. 아울러, 조형판을 일정한 높이만큼 유지하지 못한 경우에는 조형판과 바닥판 사이의 갭으로 액상의 수지가 원활히 침투하지 못하여 기포가 발생 하는 문제가 발생하였다.
본 발명의 목적은 성형 중에 3D성형물이 조형판에서 쉽게 분리되지 않는 3D프린터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 3D성형물에 기포가 발생하지 않는 3D프린터를 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 3D 프린터에 있어서, 프레임; 상기 프레임에 설치되고 경화성 액상수지를 일정한 압력으로 밀폐수용하는 수지조; 상기 수지조 내에서 상기 광경화성 액상수지에 침지되어 3D 성형물을 지지하는 조형판; 상기 액상수지에 침지하여 상기 조형판과의 사이로 상기 액상수지가 침투하도록 하는 투명바닥판과 상기 투명바닥판을 지지하는 하우징으로 이루어지고 상기 액상수지로부터 압력을 받는 광학하우징; 상기 광학하우징과 같이 승강하며 상기 광학하우징의 상기 투명바닥판과 상기 조형판 사이의 상기 액상수지를 향하여 노광하여 성형층을 형성하는 노광유니트; 상기 광학하우징 및 상기 조형판 중 어느 하나를 상대적으로 이격하도록 구동하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본원발명의 3D프린터는 광학하우징이 밀폐된 수지조 내에서 침지하여 압력을 받으므로 조형판과 투명바닥판 사이로 액상수지가 침투하기가 용이하다.
상기 구동부는 상기 노광유니트가 노광하는 중에 상기 광학하우징 및 상기 조형판 중 어느 하나를 상측 혹은 하측의 일측으로 점진적으로 이격시키고, 상기 광학하우징 혹은 상기 조형판의 점진적 이격에 대응하여 상기 수지조 내부의 상기 일정 압력을 유지하기 위하여 상기 액상수지를 보충하는 보충수지조를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. 본원발명은 보충수지탱크로부터 수지를 강한 압력으로 밀폐수지조로 공급하므로 수지조 내부의 압력 상승으로 성형면에 수지가 원활히 공급된다.
상기 노광유니트가 상기 투명바닥판을 향하여 노광하는 동안, 상기 광학하우징의 상기 투명바닥판을 상기 성형층에 대하여 회전하거나 혹은 진동을 인가하는 광학하우징요동구동부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. 본원발명의 투명바닥판은 광학하우징 요동구동부의 회전 혹은 진동으로 쉽게 성형층이 투명바닥판으로부터 이형된다. 특히, 본원발명은 연속적층이 가능하고 광학하우징의 투명바닥판과 성형층이 이형되고 성형층은 조형판에 부착되므로 3D 성형물이 안전하게 적층이 이루어진다.
상기 투명바닥판의 상기 조형판에 대한 대향면에 수납된 상기 광경화성 액상수지보다 더 작은 비중을 가지는 투명의 비경화성 액상 이형층을 추가로 포함하고, 노광유니트가 상기 투명바닥판 및 상기 비경화성 액상 이형층을 통과하여 상기 액상수지를 향하여 노광하는 동안, 상기 구동부의 이격에 따라, 상기 광경화성 액상수지는 상기 성형층을 형성하여 상기 조형판쪽에 부착하고, 상기 이형층과 상기 성형층 사이로 새로운 상기 액상수지가 침투하는 것을 특징으로 한다. 투명바닥판에 액상 이형층을 수납하는 공간을 형성하고 투명한 액상의 이형층과 성형층이 서로 접하도록 하여 성형층이 액상 이형층으로부터 쉽게 분리 및 이형이 되도록 한다.
상기 광학하우징 외측에서 상기 수지조 내벽과 밀착하는 밀폐하우징; 상기 밀폐하우징을 기준으로 상기 수지조의 상측부를 이루는 상부수지조; 상기 밀폐하우징을 기준으로 상기 수지조의 하측부를 이루며 상기 조형판과 상기 투명바닥판이 서로 마주보는 하부수지조; 및 상기 광학하우징 및 상기 밀폐하우징이 상승하는 경우 상기 상부수지조에 수납된 상기 액상수지를 상기 하부수지조로 순환하면서 압력을 인가하는 순환유로를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상부수지조의 수지를 하부수지조로 강제로 압력을 인가하여 투명바닥판과 조형판 혹은 투명바닥판과 성형층 사이의 공간에 액상수지가 잘 침투하도록 유도한다.
상기 순환배관의 상기 순환펌프 하류에는 상기 액상의 수지의 불순물을 여과는 필터를 추가로 포함하고, 상기 순환배관, 상기 순환펌프 및 상기 필터는 복수개 설치된 것을 특징으로 한다. 복수개의 순환펌프, 순환배관, 순환유로 및 필터를 사용하여 더욱 양질의 신규 수지가 성형면에 침투하도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 프린터는 상대적으로 안정된 위치의 조형판의 상부에 3D물체가 적층 성형하고 광학하우징이 상대적으로 상승하므로 조형판에 부착된 3D물체가 성형 중에 분리되는 문제를 방지한다.
또한, 조형판이 상부를 향하도록 하고 조형판과 대향하는 광학하우징의 투명바닥판과 조형판 사이의 성형면으로 수지조에 인가되는 액상수지의 압력을 이용하여 액상수지가 원활히 침투하여 기포없는 3D물체의 성형이 가능하다.
도 1은 본 발명 제1실시예에 따른 3D 프린터의 외관기능도이다.
도 2는 본 발명 제1실시예에 따른 도 1의 "A부" 상세도이다.
도 3은 본 발명 제1실시예의 변형예에 따른 도 1의 "A부" 상세도이다.
도 4는 본 발명 제2실시예에 따른 3D 프린터의 외관기능도이다.
도 5는 본 발명 제2실시예에 따른 도 4의 "B부" 상세도이다.
도 6은 본 발명 제2실시예의 변형예에 따른 도 4의 "B부" 상세도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부된 도면에 의거한 바람직한 실시예에 대한 설명으로 더욱 명백해 질 것이다.
도 1은 본 발명 제1실시예에 따른 3D 프린터의 외관기능도이다.
본 발명 3D프린터(100)는 구동프레임(10), 하강구동부(60), 노광유니트(20), 수지조(30), 광학하우징(40), 조형판(50), 광학하우징 요동구동부(70), 보충수지탱크(34), 보충배관(32), 보충펌프(36) 및 상승구동부(80)를 포함한다.
구동프레임(10)에는 상승아암(84) 및 상승가이드(82)를 포함하는 상승구동부(80)와 연결된다. 하강구동부(60)는 내부에 제어부(미도시), 전장물 및 하강을 위한 액튜에이터가 설치된다. 제어부는 노광유니트(20), 상승구동부(80) 및 하강구동부(60)를 제어하여 노광타이밍, 조사시간, 조사에너지, 물체의 사이즈 등에 관한 제어를 수행한다. 상승구동부(80) 및 하강구동부(60)는 모터와 같은 상승 및 하강 액튜에이터 등이 내장되어 있고 제어부의 제어로 동작한다.
노광유니트(20)는 광학하우징요동구동부(70)에 연결되어 상승구동부(80)에 연결된다. 노광유니트(20)에는 본 발명 광경화식 3D프린터(100)의 액상의 수지(1)를 라디칼 중합 반응으로 액체 상태에서 고체 상태로 변화하기 위한 노광빛(LE)을 조사한다. 노광유니트(20)는 상승구동부(80)가 상승하면 수지조(30)에 대하여 상승한다.
광학하우징(40)은 투명바닥판(42), 수지조(30)의 상측 액면을 밀폐하는 밀폐하우징(48) 및 수지조(30) 내의 액상수지(1)에 침지하는 하우징(44)으로 이루어진다. 밀폐하우징(48)은 광학하우징(40)과 일체로 상승 및 하강하고 수지조(30)의 격벽과는 기밀을 유지하며 이동한다.
광학하우징(40)이 상승하여 수지조(30) 내부의 부피가 커지면 보충수지탱크(34)의 수지가 공급되어 수지조 내부에는 항상 일정한 압력이 인가되도록 제어된다. 보충수지탱크(34)에는 보충펌프(36)이 설치되고, 수지조(30)의 수지용량의 변동에 연동하여 보충펌프(36)의 동작으로 새로운 수지가 공급되어 수지조(30) 압력이 유지된다.
광학하우징(40)은 광학하우징요동구동부(70)에 연결되고, 마찬가지로 노광유니트(20)도 광학하우징요동구동부(70)에 연결되므로, 구동프레임(80)이 상승하면 광학하우징(40) 및 노광유니트(20)도 동시에 상승한다.
본 발명에서는 상승구동부(80)가 상승하거나 하강구동부(60)이 하강하여 조형판과 투명바닥판 사이의 갭이 상대적으로 멀어지도록 하고 조형판의 상측으로 성형층을 계속적으로 적층한다.
하강구동부(60) 및 구동프레임(10)으로 이루어진 프레임부에는 수지조(30)가 안착된다. 본 발명 제1실시예에서는 수지조(30)가 하강구동부(60)의 상부에 안착된 형태를 보여주나, 프레임에 걸쳐지거나, 홈을 파서 내장되거나 스프링 등의 탄성력 하에 안착되는 등 다양한 방법으로 안착된다. 본 발명은 이와 같은 모든 경우를 포함한다.
수지조(30)의 바닥판에는 조형판(50)이 액상의 수지(1) 내부에 침지되어 안착된다. 조형판(50)의 상측면(52)은 광학하우징(40)의 투명바닥판(42)과 서로 대향하여 위치한다. 조형판(50)의 상측면(52)와 투명바닥판(42)의 하측면(46) 사이의 갭은 성형면에 해당하고 침투한 액상의 수지(1)는 노광유니트(20)가 발산하는 노광빛(LE)에 의하여 광중합 반응으로 액상에서 고체 상태로 변화된다.
경화된 성형층은 조형판(50)과 투명바닥판(42) 사이에서 경화되므로 양측에 모두 부착될 능력을 가지나 조형판(50)에는 부착되도록 하고 투명바닥판(42)으로부터는 이형되도록 관리하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 경화된 성형층이 조형판(50)의 상측면(52)을 따라 상측으로 계속적으로 적층되므로 종래의 기술과 같이 성형물이 조형판에 매달린 채로 중력방향의 위쪽으로 상승 및 하강하다가 성형물이 조형판에서 이탈하여 수지조(50) 내부로 침지되는 문제점을 해결한다.
광학하우징요동구동부(70)는 광학하우징(40)에 회전력 혹은 진동을 전달하여 성형층이 투명바닥판(42)로부터는 쉽게 이형되도록 한다. 더욱 상세하게는, 투명바닥판(42)에 근접한 광경화성 액상액상(1)는 지속적인 유동 및 떨림에 의해 경화 진행속도가 느려진다. 이러한 경화되는 시간의 지연을 통하여 광경화성 액상수지가 투명바닥판(42)에 고착되어 이형이 어려워지기 전에 경화층을 조형판(50)에 부착한 후 함께 투명바닥판(42)으로부터 이격시킨다.
또한, 성형층이 투명바닥판(42)로부터 분리되기 때문에 새로운 액상수지의 침투가 더 용이하게 이루어진다.
광학하우징요동구동부(70)는 특히, 노광 중에 연속적으로 광학하우징(40)을 상승하며 연속적으로 성형물을 제작할 수 있도록 하여, 성형물의 탈착 및 액상수지를 공급하기 위해 광학하우징을 반복하여 승강하거나, 조형판(50)을 반복하여 하강 및 승강하는 것에 요되는 시간을 줄이는 효과가 있다.
광학하우징요동구동부(70)의 요동, 진동 혹은 회전력은 노광유니트(20)에는 전달되지 않도록 요동, 진동, 회전력은 차단하는 것이 바람직하다.
광학하우징(40)은 요동, 진동, 회전 뿐만 아니라 틸팅도 가능하고 결국 광학하우징(40)의 투명바닥판(42)이 성형층으로부터 이형이 용이하도록 한다.
광학하우징(40)의 투명바닥판(42)의 하측면(46)은 경화된 수지가 분리되는 분리면으로 테프론 코팅 또는 비경화성 액상 이형제와 같은 이형층을 형성하는 것이 성형층의 분리에 바람직하다. 광학하우징(40)의 내측은 수지(1)가 침투하지 않도록 하우징(44)에 의하여 밀폐되고 통상 공기를 매질로 노광빛(LE)이 통과하여 성형면에 노광된다.
광학하우징(40)의 투명바닥판(42)의 침지위치는 수지조(30)에 수납된 액상의 수지(1)의 내부에 침지되고, 항상 내부 압력은 밀폐된 수지조(30) 내부에서 보충수지탱크(34)의 보충펌프(36)에 의하여 압력이 걸린 상태로 유지한다.
구동프레임(80)이 상승하면 광학하우징(40)도 상승하고, 조형판(50)과 투명바닥판(42) 사이의 경화된 성형층은 조형판(50)에는 부착되고 투명바닥판(42)에서는 분리되며, 조형판(50) (정확하게는 조형판(50)의 상층면(52)에 형성된 경화층) 과 투명바닥판(42) 사이의 갭으로 액상의 새로운 수지(1)는 보충펌프(36)의 압력으로 쉽게 침투하게 된다.
조형판(50)의 상측면(52)과 투명바닥판(42)의 하측(46)면 사이의 갭은 성형면이 되고 이 성형면에 침투한 액상의 수지(1)는 노광유니트(20)가 발산하는 노광빛(LE)에 의하여 광반응하여 경화한다.
노광유니트(20)로부터 발산되는 노광빛(LE)의 침투깊이는 단위성형층 이상으로서, 성형면 내의 새로운 액상의 수지가 노광빛(LE)을 받을 때 이미 경화된 경화층의 고체수지도 노광빛(LE)을 추가로 받아 경화가 심화될 수 있다.
본 발명 실시예에서 조형판(50)은 액상의 수지(1)에 침지된 상태이고, 침지상태에서 조형판(50)에 부착된 경화층은 노광빛(LE)를 계속적 받아 경화가 이루어지므로 경화의 정도는 액체 -> 부분경화(30%) -> 부분경화(60%) -> 완전경화의 순서로 시간차를 두고 경화가 이루어진다. 경우에 따라서는 완전경화는 성형공정 이후에 성형물(5, 도2 참조)을 수지조(30) 외부로 이동시킨 후에 이루어질 수도 있다.
도 2는 본 발명 제1실시예에 따른 도 1의 "A부" 상세도이다.
상승구동부(80)가 상승하는 경우는 조형판(50)은 수지조(30)의 액상의 수지(1)에 정지하여 침지되어 성형한다. 상승구동부(80)가 정지하는 경우는, 하강구동부(60)가 하강하여 조형판(50)은 하강하면서 성형한다.
조형판(52)의 상측면(52)에는 조형물(5)이 적층된다. 조형판(52)의 상측면(52)에는 제1단위성형층(L1)이 적층되고, 그 위에는 제2단위성형층(L2)가 적층된다. 조형물(5)의 가장 최신의 단위성형층(도 2의 경우 L2)과 광학하우징(40)의 투명바닥판(42) 사이에는 액상의 수지(1)가 침투하여 성형면을 형성하고, 노광유니트(20)의 노광빛(LE)의 조사로 인하여 액상의 수지(1)는 광반응을 일으켜 경화 반응한다.
한편, 광학하우징(40)은 수지조(30) 내부에서 항상 압력을 받고 있고, 투명바닥판(42)이 침지되어 위치하므로 도면의“F”화살표와 같은 압력을 받는다. 광학하우징(40)이 상승구동부(80)의 상승으로 인하여 상승하면, 보충펌프(36)의 동작으로 보충수지탱크(34)로부터 충진되는 수지에 의하여 도면의 “P1 및 P2” 화살표와 같은 침투 압력으로 액상의 수지(1)는 성형면으로 침투한다.
상승구동부(80)의 상승에 연동하여 새로운 수지(1)가 성형면으로 쉽게 침투하게 되어 성형물(5)에 기포가 생기는 등의 품질저하를 방지한다.
한편, 본 발명에서는 성형물(L1, L2, 5)이 액상의 수지(1)에 침지된 상태에서 계속하여 노광빛(LE)를 받아 라디칼 반응을 수행하므로 광경화 반응에 의한 반응열을 액상의 수지(1)를 이용하여 냉각해 주는 효과도 발생한다.
도 3은 본 발명 제1실시예의 변형예에 따른 도 1의 "A부" 상세도이다.
본원발명의 제1실시예의 변형예는 투명바닥판(42) 하부에 비경화성 투명 액상 이형제(2)가 수납되는 공간을 형성한 점이 제1실시예와 상이하다.
비경화성 투명 액상 이형제(2)는 광경화성 액상수지(1) 보다 비중이 작다. 따라서, 상승구동부(80)가 상승하거나 혹은 하강구동부(60)가 하강하여도 액상수지(1)와 혼합되지 않고 구분된 층을 형성하고, 이 액상 이형제(2)는 광경화성 액상 수지(1)가 광반응하여 경화하더라도 투명바닥판(42) 사이에서 이형의 역할을 수행한다.
추가적으로, 본 발명의 모든 실시예에는, 성형을 위한 광경화 액상수지(1)의 소요량을 줄이기 위하여 광경화성 액상수지(1)보다 비중이 더욱 무거운 비혼합성, 비경화성, 액상의 재료를 수지조(30) 내부에 수용하고, 이 비혼합성, 비경화성 액상재료는 조형판(50)의 높이보다 낮게 설정하여 광경화성 수지의 충진얄을 경제적으로 유지 할 수 있다.
본 발명 제1실시예에서, 보충수지탱크(34)의 수위 또는 별도의 압력 공급에 의해 경화가 이루어지는 성형 공간 내의 광경화 액상수지(1)가 압력에 의해 공급하도록 하여 성형 중 액상수지의 공급이 더욱 용이하도록 한다.
뿐만 아니라, 비중이 낮은 비경화성 액상 이형제를 사용하는 경우 광경화성 액상수지(1)의 압력에 의해 비경화성 액상 이형제의 유동이 최소화되어 성형면 즉, 광경화성 액상수지와 비경화성 액상 이형제의 경계면의 수평이 더욱 안정된다. 이는 성형 중 광경화성 액상수지의 공급이 원활하게 할 뿐만 아니라, 성형 경계면이 안정되어 출력물의 표면조도가 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
도 4는 본 발명 제2실시예에 따른 3D 프린터의 외관기능도이다.
본 발명 제2실시예의 3D프린터(200)는 액상의 수지(101)를 수납하는 밀폐된 수지조(130), 밀폐하우징(148)과 결합하여 상승하는 광학하우징(140), 수지조(130) 내부에 침지되어 정지 혹은 하강하는 조형판(150), 광학하우징(140)의 투명바닥판(142)를 향해 노광빛(LE)을 조사하는 노광유니트(120), 광학하우징(140) 및 노광유니트(120)를 결합하고 광학하우징에 진동 혹은 회전력을 전달하는 광학하우징요동구동부(170), 광학하우징(140)을 상승하는 상승구동부(180) 및 수지조 및 조형판을 하강하는 하강구동부(160)를 포함하여 이루어진다.
본 발명 제2실시예에서 상승구동부(180)가 상승하는 경우에는 하강구동부(160)는 정지하고, 하강구동부(160)가 하강하는 경우에는 상승구동부(180)는 정지한다.
본 발명 제2실시예의 3D프린터(200)는 수지조(130)는 밀폐하우징(148)에 의하여 상측의 상부수지조(131) 및 하측의 하부수지조(143)로 분리된다. 상부수지조(131)와 하부수지조(132)는 순환배관(132)를 통하여 연결되고, 상부수지조(131)에는 액상의 수지(101)가 가득 채워진 상태로 밀폐되므로, 이 상승구동부(180)의 상승으로 광학하우징(170) 및 밀폐하우징(142)이 상승하면 상부수지조(131)의 액상의 수지(101)는 순환배관(132)을 통하여 하부수지조(133)로 인가되어 하부수지조(133)는 공급되는 액상의 수지(101)에 의하여 추가적인 압력이 인가된다.
순환배관(132)은 도 4에 도시한 바와 같이 수지조(30) 외부에 설치 될 수도 있고, 광학하우징(140)과 연계되어 수지조(130) 내부에 설치 될 수도 있다. 수지조 내부에 설치한 순환배관은 도시하지 않는다.
결국은 상승구동부(180)의 상승에 연동하여 새로운 수지(101)가 조형판(150)의 상층면과 부력하우징(140)의 투명바닥판(142) 사이의 성형면으로 쉽게 침투하게 되어 성형물(5)에 기포가 발생하는 품질저하를 방지한다.
한편, 밀폐하우징(148)에는 통과공(148a)이 형성되어 밀폐하우징(148)이 상승할 때 통과공을 통과하는 액상수지(101)가 하부수지조에 압력을 인가하는 실시예도 가능하다.
본 발명의 제2실시예에서는 밀폐하우징(148)의 상승과 연동하여 상부수지조(131)의 액상수지(101)를 하부수지조(133)로 순환하도록 하여 하부수지조(133)에 압력을 인가하는 것을 개시하였으나, 별도의 보충수지탱크(미도시)에 수납된 액상수지(101)를 하부수지조(133)에 인입하도록 하여 강제로 압력을 인가하는 실시예도 가능하다.
순환배관(132)에 순환펌프(134) 및 필터(136)을 설치하여 강제적으로 상부수지조(131)의 액상수지(101)를 하부수지조(133)로 순환하여 하부수지조(133)의 수지압력을 상승시키는 실시예도 가능하다.
이때 필터(136)는 순환펌프(134)에 대하여 순환하는 액상수지의 흐름에 대하여 하류측에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 수지를 순환하는 순환배관(132) 혹은 순환펌프(134) 내부에 수지를 가열하는 히터(미도시)를 설치하는 실시예도 가능하다.
순환하는 순환유로 혹은 순환배관(132)의 하부수지조(133)에 대한 입력구는 조형판(150)과 투명바닥판(142)이 형성하는 성형면에 인접한 높이로 순환하는 것이 성형면에 신규 액상수지의 공급에 유리하다.
한편, 순환배관(132), 순환펌프(134), 필터(136)는 복수개의 세트로 구비하여 복수의 위치에 설치하는 실시예도 가능하다. 순환배관(132)의 출구측 통로를 조형판(150)과 부력하우징(140)의 투명바닥판(142) 인접 위치까지 연장하여 새로운 수지(101)를 조형판(150) 근방의 성형면 인접위치에서 신규 수지(101)가 성형면에 쉽게 침투하게 하는 실시예도 가능하다.
도 5는 본 발명 제2실시예에 따른 도 4의 "B부" 상세도이다.
조형판(150)은 수지조(130)의 액상의 수지(101)에 정지하여 침지되어 있고, 조형판(150)의 상측면(152)에는 조형물(5)이 적층된다. 조형판(150)의 상측면(152)에는 제1단위성형층(L1)이 먼저 적층되고, 그 위에는 제2단위성형층(L2)이 적층되어 조형물(5)을 형성한다. 조형물(5)의 가장 최신의 단위성형층(도 4의 경우 L2)과 광학하우징(140)의 투명바닥판(142) 사이에는 액상의 수지(101)가 침투하여 성형면을 형성하고, 노광유니트(120)의 노광빛(LE)의 조사로 액상의 수지(101)는 광반응하여 경화한다.
광학하우징(140)에 연결된 밀폐하우징(148)이 상승하면 상부수지조(131)의 수지(101)는 순환배관(132)을 통하여 하부수지조(133)로 인입되어 하부수지조(133)의 수지(101) 압력은 상승한다. 이 상승된 수지압력은 “P1 및 P2” 화살표로 표시된 성형면에 대한 침투압력으로 작용하여 새로운 수지(101)는 조형판(150)과 투명바닥판(142)사이로 용이하게 침투하게 된다.
도 6은 본 발명 제2실시예의 변형예에 따른 도 4의 "B부" 상세도이다.
본원발명의 제2실시예의 변형예는 투명바닥판(142) 하부에 비경화성 투명 액상 이형제(102)가 수납되는 공간을 형성한 점이 제2실시예와 상이하다.
비경화성 투명 액상 이형제(102)는 광경화성 액상수지(101) 보다 비중이 작다. 따라서, 상승구동부(180)가 상승하거나 혹은 하강구동부(160)가 하강하여도 액상수지(101)와 혼합되지 않고 구분된 층을 형성하고, 이 액상 이형제(102)는 광경화성 액상 수지(101)가 광반응하여 경화하더라도 투명바닥판(142) 사이에서 이형의 역할을 수행한다.
본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에서는 상승구동부(80,180)가 상승하거나 혹은 하강구동부(60,160)하는 것을 실시예로 하였으나, 상승구동부(80,180)는 이형 시에는 상승하다가 그 다음 성형층을 성형하기 위하여 다시 하강하는 것도 가능하고, 하강구동부(60,160)은 이형시에는 하강하고 그 다음 성형층을 성형하기 위하여 다시 상승하는 것이 가능하다.
혹은 노광 중에 액상수지가 경화 가능한 단위 깊이(Curing Depth) 이상의 구간을 정지 없이 광학하우징(140) 연속적으로 상승하거나 조형판(150)을 연속적으로 하강하는 연속성형을 위하여 상승구동부(80,180) 계속하여 상승하고, 하강구동부(60,160)은 계속 하강하는 것이 가능하다. 이때 다른 구동부는 정지한다.
따라서, 본 발명의 실시예는 상승구동부(80,180)가 계속 상승하거나 하강구동부(60,160)이 계속 하강하는 연속적층 및 상승 및 하강을 반복하는 일반적인 성형방법 모두를 포함한다.
본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에서는 상승구동부가 상승하는 것을 실시예로 하였으나, 상승구동부는 이형 시에는 상승하다가 성형 시에는 정지하는 상승 및 정지를 반복하는 연속성형법에도 이용 가능하다. 따라서 본원발명은 연속성형방법도 포함한다.
특히, 액상수지의 원활한 공급 측면에서 연속적층 방식에서 더욱 필요시 되는 기술이다.
본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에서 광학하우징의 형태는 특별히 한정하지 않았으나, 광학하우징의 형상은 사각, 원형 모두를 포함하고, 광학하우징 또는 수지조에는 압축에 의한 광경화 액상수지의 누수를 방지하면서 아울러 압축효과를 더욱 극대화 하도록 고무링, 압축링이 추가로 구비될 수 있다.
본 발명의 모든 실시예에서 노광유니트의 노광, 상승구동부의 상승, 하강구동부의 하강, 보충펌프의 동작, 광학하우징요동구동부의 동작, 타이밍, 동작 시간 등은 전부 제어부의 동작으로 제어된다.
본 발명 3D물체를 성형하는 3D 프린터는 정밀 기계산업, 정밀 가공산업 등에 이용 가능하다.

Claims (6)

  1. 3D 프린터에 있어서,
    프레임;
    상기 프레임에 설치되고 경화성 액상수지를 일정한 압력으로 밀폐수용하는 수지조;
    상기 수지조 내에서 상기 광경화성 액상수지에 침지되어 3D 성형물을 지지하는 조형판;
    상기 액상수지에 침지하여 상기 조형판과의 사이로 상기 액상수지가 침투하도록 하는 투명바닥판과 상기 투명바닥판을 지지하는 하우징으로 이루어지고 상기 액상수지로부터 압력을 받는 광학하우징;
    상기 광학하우징과 같이 승강하며 상기 광학하우징의 상기 투명바닥판과 상기 조형판 사이의 상기 액상수지를 향하여 노광하여 성형층을 형성하는 노광유니트; 및
    상기 광학하우징 및 상기 조형판 중 어느 하나를 상대적으로 이격하도록 구동하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 노광유니트가 노광하는 중에 상기 광학하우징 및 상기 조형판 중 어느 하나를 상측 혹은 하측의 일측으로 점진적으로 이격시키고,
    상기 광학하우징 혹은 상기 조형판의 점진적 이격에 대응하여 상기 수지조 내부의 상기 일정 압력을 유지하기 위하여 상기 액상수지를 보충하는 보충수지조를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 노광유니트가 상기 투명바닥판을 향하여 노광하는 동안, 상기 광학하우징의 상기 투명바닥판을 상기 성형층에 대하여 회전하거나 혹은 진동을 인가하는 광학하우징요동구동부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 투명바닥판의 상기 조형판에 대한 대향면에 수납된 상기 광경화성 액상수지보다 더 작은 비중을 가지는 투명의 비경화성 액상 이형층을 추가로 포함하고,
    상기 노광유니트가 상기 투명바닥판 및 상기 비경화성 액상 이형층을 통과하여 상기 액상수지를 향하여 노광하는 동안, 상기 구동부의 이격에 따라, 상기 광경화성 액상수지는 상기 성형층을 형성하여 상기 조형판쪽에 부착하고, 상기 이형층과 상기 성형층 사이로 새로운 상기 액상수지가 침투하는 것을 특징으로 하는 3D프린터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광학하우징 외측에서 상기 수지조 내벽과 밀착하는 밀폐하우징;
    상기 밀폐하우징을 기준으로 상기 수지조의 상측부를 이루는 상부수지조;
    상기 밀폐하우징을 기준으로 상기 수지조의 하측부를 이루며 상기 조형판과 상기 투명바닥판이 서로 마주보는 하부수지조; 및
    상기 광학하우징 및 상기 밀폐하우징이 상승하는 경우 상기 상부수지조에 수납된 상기 액상수지를 상기 하부수지조로 순환하면서 압력을 인가하는 순환유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 순환배관의 상기 순환펌프 하류에는 상기 액상의 수지의 불순물을 여과는 필터를 추가로 포함하고,
    상기 순환배관, 상기 순환펌프 및 상기 필터는 복수개 설치된 것을 특징으로 하는 3D프린터.
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