KR102180817B1

KR102180817B1 - 3차원 프린터 및 프린팅 시스템

Info

Publication number: KR102180817B1
Application number: KR1020180153316A
Authority: KR
Inventors: 박성진; 이홍주; 김기형
Original assignee: 주식회사 류진랩
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2038-12-03
Also published as: CN111511530A; KR20190076854A; US20200338826A1

Abstract

3차원 프린터 및 프린팅 시스템을 제시하며, 상부가 개방된 함체형으로 형성되어 내부에 광경화성 수지를 수용하는 수납부; 상기 수납부의 바닥면을 이루면서 상기 수납부의 하부에서 조사되는 빛을 상기 수납부로 투과시키는 투광부재; 상기 투광부재의 하부에 설치되어 상기 수납부를 향해 빛을 조사하되, 2차원의 면형태로 빛을 조사하는 자발광부재; 상기 자발광부재의 하부에 설치되어 지지력을 제공하면서 상기 자발광부재의 처짐을 방지하는 지지부재; 상기 수납부의 상부에 승강가능하게 설치되어 상기 광경화성 수지에 담기며, 상기 자발광부재의 빛에 의해 경화된 상기 광경화성 수지를 저면에 적층하면서 3차원 조형물을 형성하는 플레이트; 및 상기 플레이트를 승강시키는 승강부재를 포함한다.

Description

3차원 프린터 및 프린팅 시스템{3D PRINTER AND PRINTING SYSTEM}

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 3D 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평면광원의 방법을 확대하여 마이크로 LED, LED, OLED또는 FED등을 포함하는 자체 발광소자를 사용하여 광경화성 수지를 경화시킴으로써 3D 프린팅을 수행할 수 있는 평면 자발광원을 이용한 광경화성 3D 프린터에 관한 것이다.

일반적으로 3D프린터(3차원 조형기)는 디지털 파일로 구성된 물체의 3차원 정보를 이용하여, 물체를 아주 얇은 층으로 구조화(슬라이싱) 한 후, 이 정보로부터 재료 물질들을 한 층씩 쌓아 올려서, 실제 조형물을 구현하는 기술이다.

이러한 3D프린터는 크게 다음과 같은 기술로 분류된다.

FDM (FFF) 방식 : Fused Deposition Modeling (또는 Fused Filament Fabrication)으로 부른다. 구체적으로, FDM 방식은 ABS, PLA등의 합성수지를 200도 내외의 고온으로 가열하여 용융된 젤(gel) 상태로 만든 후, 토출기를 통해 밀어내면 젤 상태의 수지가 상온의 기판에 적층 되면서 빠르게 굳게 되며, 이를 한 층씩 쌓아 올려 원하는 조형물을 얻는다.

광경화 적층 방식 : 특정 파장의 빛, 예를 들어 자외선 등의 빛을 받으면 굳어버리는 광경화성 수지 (레진, resin)를 재료로 사용한다. 자외선 레이저 (SLA, Stereo lithographic annealing)를 이용하거나, 자외선 램프 (DLP, Digital light processing)를 이용하여, 레진이 담겨 있는 통해, 조형하고자 하는 영역에 자외선을 조사하면, 빛을 받은 부분이 굳게 되고, 굳은 부분은 수직으로 들어내며, 한 층씩 '광조사-고형'을 반복하면, 정밀하게 적층된 조형물을 얻을 수 있다.

이외에도 분말 형태의 재료에, 접착수지 (광경화성)를 선택적으로 뿌려, 원하는 조형물을 얻는 폴리젯 (polyjet)방식과, 금속, 세라믹 등의 분말에 고출력 레이저를 선택적으로 조사하여, 순간 용융-소결을 통해 조형물을 구현하는 SLS (Selective laser solidification, 선택적 레이저 소결 방식)등이 있다.

이 중에서, 광경화성 수지에, 자외선 등의 빛을 조사하여, 한 층씩 조형을 진행하는 DLP방식은, 물체 조형 시 광학계가 구비된 Projector(프로젝터)를 이용하여 투영하고자 하는 이미지를 '면'으로 확장하여 투영하는 기술로, 마스크 투영이미지 경화방식이라고도 한다.

이런 DLP 방식은 수조라는 재료 공급 장치와 이를 한층 한층 원하는 모양으로 경화시키는 Projector 로 구성되어 있으며 경화된 물체 (Object) 를 다음 층으로 이동시키는 엑츄에이터 및 이와 연결된 Plate 등으로 구성되어 있다. DLP 방식은 광학계를 이용하여 작은 이미지를 확장하여 투영하기 때문에 대면적 조형물을 출력하기 위해서는 DLP 방식 3D 프린터의 크기가 커지게 되어 출력물 크기의 제약이 있으며, 광학계의 구성이 복잡해짐에 따라 가격이 매우 상승하는 단점이 있다. 게다가, 조형 이미지를 확장하는 방식이기 때문에 확장하여 투영된 이미지를 구현할 때 광균일도의 문제가 발생하여 수조의 주변부 조형이 어려운 단점이 있다.

상술한 방식들의 단점들을 개선하기 위하여 빛이 적층하고자 하는 위치에 일대일로 대응하여 광균일도를 확보하고, 대면적으로 큰 조형물 형성이 가능하여 한번에 여러 개를 동시에 적층할 수 있는 방법으로 LCD 와 평면광원인 LED를 이용하는 방법이 개발되었다.

그런데, 상기와 같은 선행기술은 평면광원으로써 LCD와 LED에 국한된 한계가 있다. 게다가 LED 광원이 LCD를 통해 이미지화 될 때 LED 광량이 LCD 구조를 거치며 흡수되어 LED 광원의 투과율 감소로 인해, 조형 시간 또는 노광 시간 (exposure time)을 증가시켜 빠른 속도로 조형물 (3차원 출력물)을 만들어 내는 데 한계가 있다.

관련된 선행기술로서, 대한민국 등록특허공보 제10-1787880호에 개시된 컬러 3D 프린터가 있다.

상기와 같은 선행기술은 광경화성 물질이 수용된 탱크의 하부에서 광원을 제공함으로써 모델링 플레이트에 조형물을 적층하는 구성이다.

이러한 선행기술은 광원의 하부를 지지하는 구성이 없어서 광원의 처짐이 발생할 수 있는 문제점이 있으며, 모델링 플레이트의 저면에서만 조형물이 생성되는 한계점이 있다.

따라서 상술된 문제점을 해결하기 위한 기술이 필요하게 되었다.

한편, 전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 평면광원을 제공하는 구성을 기존의 기술에서 벗어나 자체발광소자를 이용하여 광경화성 수지를 경화시킴으로써 3D 프린팅을 구현할 수 있는 3차원 프린터 및 프린팅 시스템을 제시하는 데 목적이 있다.

구체적으로, 본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 자체발광소자의 빛을 2차원의 면형태로 제공함으로써 별도의 스위칭 장치의 구성이 생략될 수 있으며, 자체발광소자의 처짐이 방지될 수 있는 3차원 프린터 및 프린팅 시스템을 제시하는 데 목적이 있다.

또한, 본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 자체발광소자를 물리적으로 만곡시켜 빛을 집광형태로 제공할 수 있는 3차원 프린터 및 프린팅 시스템을 제시하는 데 목적이 있다.

또한, 본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 수납부의 상부에서 빛을 제공함으로써 플레이트의 상면에서 조형물의 적층이 이루어질 수 있는 3차원 프린터 및 프린팅 시스템을 제시하는 데 목적이 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 하나의 양상은, 상부가 개방된 함체형으로 형성되어 내부에 광경화성 수지를 수용하는 수납부; 상기 수납부의 바닥면을 이루면서 상기 수납부의 하부에서 조사되는 빛을 상기 수납부로 투과시키는 투광부재; 상기 투광부재의 하부에 설치되어 상기 수납부를 향해 빛을 조사하되, 2차원의 면형태로 빛을 조사하는 자발광부재; 상기 자발광부재의 하부에 설치되어 지지력을 제공하면서 상기 자발광부재의 처짐을 방지하는 지지부재; 상기 수납부의 상부에 승강 가능하게 설치되어 상기 광경화성 수지에 담기며, 상기 자발광부재의 빛에 의해 경화된 상기 광경화성 수지를 저면에 적층하면서 3차원 조형물을 형성하는 플레이트; 및 상기 플레이트를 승강시키는 승강부재를 포함할 수 있다.

또한, 상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 다른 양상은, 상부가 개방된 함체형으로 형성되어 내부에 광경화성 수지를 수용하는 수납부; 상기 수납부의 상부에 설치되어 상기 수납부를 향해 빛을 조사하되, 2차원의 면 형태로 빛을 조사하는 자발광부재; 상기 수납부에 승강 가능하게 설치되면서 상기 광경화성 수지에 담기며, 상기 자발광부재의 빛에 의해 경화된 상기 광경화성 수지를 상면에 적층하면서 3차원 조형물을 형성하는 플레이트; 및 상기 플레이트를 승강시키는 승강부재를 포함할 수 있다.

또한, 상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일 실시예에 따른 프린팅 시스템의 하나의 양상은, 조형대상의 3차원 도면을 높이별 횡방향 단면이미지로 분석하고, 분석된 각각의 횡방향 단면이미지를 순차적으로 상기 3차원 프린터로 전송하는 이미지처리부를 포함하고, 상기 3차원 프린터는, 상기 자발광부재를 제어하여 상기 횡방향 단면이미지에 대응하는 2차원 평면의 빛을 조사하는 제어부를 포함할 수 있다.

전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 자발광부재가 자발광소자를 통해 2차원의 면형태로 빛을 제공하므로 별도의 스위칭 장치의 구성이 생략될 수 있고, 빛이 광효율의 저하 없이 제공됨에 따라 광경화성 수지가 균일하게 경화될 수 있는 3차원 프린터 및 프린팅 시스템을 제시할 수 있다.

전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 자발광부재에 마이크로렌즈가 추가로 설치될 경우에는 자발광부재의 빛이 집광, 분산 또는 평행 조사될 수 있으므로 자발광부재의 빛을 다양한 형태와 깊이로 제공할 수 있는 3차원 프린터 및 프린팅 시스템을 제시할 수 있다.

또한, 전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 자발광부재가 만곡부재에 의해 물리적으로 만곡될 수 있으므로, 수납부로 조사되는 자발광부재의 빛을 수납부의 중앙부분으로 집광시키거나 수납부의 외곽으로 분산시킬 수 있는 3차원 프린터 및 프린팅 시스템을 제시할 수 있다.

또한, 전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 자발광부재가 수납부의 상부에 설치되어 빛을 하부로 조사하면서 플레이트의 상면에 조형물의 적층이 이루어지도록 구성될 경우에는 자발광부재에 수납부의 하중이 가해지지 않기 때문에 지지부재의 구성과 투광부재의 구성이 생략될 수 있는 3차원 프린터 및 프린팅 시스템을 제시할 수 있다.

개시되는 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 개시되는 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 제1 실시예에 따른 3차원 프린터를 나타내는 구성도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 3차원 프린터에 추가 구성이 부가된 상태를 나타내는 구성도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 3차원 프린터를 나타내는 구성도이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 3차원 프린터에 추가 구성이 부가된 상태를 나타내는 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 프린팅 시스템을 나타내는 블록도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 아래에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 상이한 형태로 변형되어 실시될 수도 있다. 실시예들의 특징을 보다 명확히 설명하기 위하여, 이하의 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서 자세한 설명은 생략하였다. 그리고, 도면에서 실시예들의 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐 아니라, '그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성이 어떤 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.

도 1은 제1 실시예에 따른 3차원 프린터를 나타내는 구성도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 3차원 프린터에 추가 구성이 부가된 상태를 나타내는 구성도이다.

도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 3차원 프린터(10)는 수납부(100), 투광부재(200), 자발광부재(300), 지지부재(400), 플레이트(500) 및 승강부재(600)를 포함하여 구성될 수 있다.

수납부(100)는 상부가 개방된 용기형태로 구성되어 빛에 의해 경과되는 광경화성 수지를 수용할 수 있다.

여기서, 광경화성 수지는 자외선 등의 빛을 받을 경우 경화되는 것으로, 본 발명이 속하는 분야에 알려진 모든 구성이 적용될 수 있다.

상기 투광부재(200)는 수납부(100)의 바닥면을 이루면서 수납부(100)의 하부에서 후술되는 자발광부재(300)를 통해 조사되는 빛을 수납부(100)로 투과시키는 구성요소이다.

예컨대, 투광부재(200)는 이형필름으로 구성될 수 있으며, 이형필름의 상부를 이루면서 후술되는 플레이트(500)와 대면하는 상부필름(210)과, 이형필름의 하부를 이루면서 후술되는 자발광부재(300)가 밀착되는 하부필름(220)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상부필름(210)은 불소수지 형태의 필름이나 테프론 필름으로 구성될 수 있으며, 하부필름(220)은 PET필름으로 구성될 수 있다.

상기 자발광부재(300)는 투광부재(200)의 하부에 설치되어 수납부(100)를 향해 빛을 조사하되 2차원의 면형태로 빛을 조사하는 구성요소이다.

이러한 자발광부재(300)는 자체 발광하는 디스플레이 소자 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 좀 더 구체적으로 자발광부재(300)는 예컨대, 마이크로 LED(Light Emitting Diode), LED, OLED(Organic Light Emitting Diode), FED(Field Emission Display)를 포함하는 자체 발광 디스플레이 소자의 군에서 선택되는 어느 하나의 소자들의 집합체로 구성될 수 있으며, 이외에도 소정의 파장을 가지는 광원을 제공하는 소자를 포함할 수 있다. 즉, 자발광부재(300)는 자체 발광 디스플레이 소자들이 집합체로 소정의 면적을 갖는 패널을 이룸으로써 빛을 면형태로 발광할 수 있다.

상기 지지부재(400)는 자발광부재(300)의 하부에 설치되어 자발광부재(300)의 처짐을 방지하는 구성요소이다.

이러한 지지부재(400)는 자발광부재(300)의 하부에서 지지력을 제공할 수 있도록 강성을 갖는 평면구조물로 구성될 수 있으며, 자발광부재(300)의 빛을 투과시킬 필요가 없으므로 불투명 소재로 구성될 수 있다.

한편, 지지부재(400)는 자발광부재(300)를 지지하면서 자발광부재(300)의 위치를 조절할 수 있도록 자발광부재(300)를 가로 또는 세로방향으로 이동시키면서 승강시킬 수 있는 3축 스테이지의 구성을 포함할 수도 있다.

상기 플레이트(500)는 3차원 조형물을 형성하는 구성요소로, 수납부(100)의 상부에 승강 가능하게 설치되어 하강하면서 광경화성 수지에 담기며, 전술한 자발광부재(300)의 빛에 의해 경화되는 광경화성 수지를 저면에 광경화성 수지를 적층함으로써 3차원 조형물을 형성할 수 있다.

구체적으로, 플레이트(500)는 후술되는 승강부재(600)에 의해 하강하여 전술한 투광부재(200)에 대면하며, 이 상태에서 자발광부재(300)의 빛이 조사될 경우 조사된 빛의 평면형태에 대응하는 광경화성 수지가 경화되면서 저면에 적층된 후 다시 승강부재(600)에 의해 상승할 수 있다.

상기 승강부재(600)는 플레이트(500)를 수납부(100)의 상부에서 승강시키는 구성요소이다.

이러한 승강부재(600)는 승강레일(610) 및 슬라이더(620)를 포함하여 구성될 수 있다.

승강레일(610)은 수납부(100)에 인접 설치되면서 수직방향으로 연장되어 플레이트(500)의 승강경로를 제공할 수 있다.

슬라이더(620)는 플레이트(500)에 고정된 상태로 승강레일(610)에 이동 가능하게 결합되며, 제어에 의해 승강레일(610)을 따라 이동하면서 플레이트(500)를 승강시킬 수 있다.

여기서, 슬라이더(620) 및 승강레일(610)은 볼스크류 방식이나 리니어모터 방식 또는 랙기어와 피니언기어 방식으로 구성되어 직선운동하면서 플레이트(500)를 승강시킬 수 있다.

또한, 승강부재(600)는 플레이트(500)의 위치를 보정할 수 있도록 슬라이더(620)를 수평이동시키는 미도시된 수평이동부재가 구성될 수도 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 전술한 자발광부재(300)의 상부에 마이크로렌즈(350)가 설치될 수 있다.

상기 마이크로렌즈(350)는 자발광부재(300)의 광원의 세기나 정밀도를 향상시키기 위한 것으로, 자발광부재(300)의 상부에 설치되어 자발광부재(300)에서 조사되는 빛을 집광, 분산 또는 평행 조사시킬 수 있다.

구체적으로, 마이크로렌즈(350)는 볼록, 오목, 평면, 구형, 다각형 등의 다양한 형상으로 구성되면서 형태에 따라 빛을 집광, 분산 또는 평행 조사시켜 수납부(100)로 제공할 수 있다.

한편, 전술한 지지부재(400)는 외력의 가압에 의해 만곡 가능하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 지지부재(400)는 중력에 의해 중앙부분이 만곡될 수 있는 두께나 소재로 형성될 수 있다.

이러한 지지부재(400)는 만곡부재(450)의 가압에 의해 상부 또는 하부로 만곡되면서 전술한 자발광부재(300)와 함께 만곡될 수 있다.

구체적으로, 만곡부재(450)는 지지부재(400)의 중앙 하단부를 지지하는 유압실린더로 구성될 수 있으며, 지지부위를 상부로 가압하여 상승시키거나 하부로 하강시킴으로써 지지부재(400) 및 자발광부재(300)를 상부 또는 하부로 만곡시킬 수 있다.

여기서, 자발광부재(300)의 중앙부분이 하부로 만곡될 경우에는 빛이 집광될 수 있고, 상부로 만곡될 경우에는 빛이 분산될 수 있다.

한편, 도 3은 제2 실시예에 따른 3차원 프린터를 나타내는 구성도이고, 도 4는 제2 실시예에 따른 3차원 프린터에 추가 구성이 부가된 상태를 나타내는 구성도이다.

도 3을 참조하면, 제2 실시예에 따른 3차원 프린터(10')는 제1 실시예에 따른 3차원 프린터(10)와 달리 빛이 수납부(100)의 상부에서 조사되면서 광경화성 수지가 플레이트(500)의 상면에 적층될 수 있다.

구체적으로, 제2 실시예에 따른 3차원 프린터(10')는 수납부(100), 자발광부재(300), 플레이트(500) 및 승강부재(600)를 포함하여 구성될 수 있으며, 전술한 투광부재(200) 및 지지부재(400)의 구성이 생략될 수 있다.

상기 수납부(100)는 상부가 개방된 함체형으로 형성되며, 바닥면도 동일한 소재로 이루어져 경화성 수지를 수용할 수 있다.

상기 자발광부재(300)는 전술한 제1 실시예와 동일한 구성을 가지며, 수납부(100)의 상부에 설치되어 빛을 하부의 수납부(100)를 향해 면 형태로 조사할 수 있다.

상기 플레이트(500)는 수납부(100)의 내부에서 후술되는 승강부재(600)에 의해 승강이 가능하게 설치되면서 광경화성 수지에 담기며, 자발광부재(300)의 빛에 의해 경화된 광경화성 수지를 상면에 적층하면서 3차원 조형물을 형성할 수 있다.

구체적으로, 플레이트(500)는 수납부(100)의 내부에서 광경화성 수지에 담긴 상태로 후술되는 승강부재(600)에 의해 상승하여 자발광부재(300)에 대면하며, 이 상태에서 자발광부재(300)의 빛이 조사될 경우 조사된 빛의 평면형태에 대응하는 광경화성 수지가 경화되면서 상면에 적층된 후 다시 승강부재(600)에 의해 하강할 수 있다.

상기 승강부재(600)는 플레이트(500)를 승강시키기 위한 구성요소로, 플레이트승강레일(650) 및 플레이트슬라이더(660)를 포함하여 구성될 수 있다.

플레이트승강레일(650)은 수납부(100)의 양측벽에 설치되면서 수직방향으로 연장되어 플레이트(500)의 승강경로를 제공할 수 있다.

플레이트슬라이더(660)는 플레이트(500)의 양측에 고정된 상태로 플레이트승강레일(650)에 이동 가능하게 결합되며, 제어에 의해 플레이트승강레일(650)을 따라 이동하면서 플레이트(500)를 승강시킬 수 있다.

여기서, 플레이트슬라이더(660) 및 플레이트승강레일(650)은 볼스크류 방식이나 리니어모터 방식 또는 랙기어와 피니언기어 방식으로 구성되어 직선운동하면서 플레이트(500)를 승강시킬 수 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 자발광부재(300)의 하부에는 전술한 마이크로렌즈(350)가 설치되어 빛을 집광, 분산 또는 평행 조사할 수 있으며, 자발광부재(300)의 상부에는 전술한 만곡부재(450)가 설치되어 자발광부재(300)를 상부 또는 하부로 만곡시킬 수 있다.

여기서, 마이크로렌즈(350) 및 만곡부재(450)는 제1 실시예와 동일한 구성을 가지므로 상세한 설명을 생략한다.

한편, 제2 실시예에 따른 3차원 프린터(10')는 광원승강부재(700)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 광원승강부재(700)는 자발광부재(300)를 수납부(100)에 승강 가능하게 결합시키면서 광경화성 수지의 수위에 따라 자발광부재(300)를 승강시킴으로써 자발광부재(300)와 플레이트(500)의 적층면의 거리를 균일하게 유지시키기 위한 구성요소이다.

즉, 광원승강부재(700)는 광경화성 수지의 수위가 하강할 경우 자발광부재(300)를 하강시키고, 광경화성 수지의 수위가 상승할 경우 자발광부재(300)를 상승시킴으로써 자발광부재(300)의 빛의 세기가 균일하게 광경화성 수지의 상면에 조사되도록 할 수 있다.

구체적으로, 광원승강부재(700)는 광원승강레일(710) 및 광원슬라이더(720)를 포함하여 구성될 수 있다.

광원승강레일(710)은 수납부(100)의 양측벽에 설치되면서 수직방향으로 연장되어 자발광부재(300) 의 승강경로를 제공할 수 있다.

이러한 광원승강레일(710)은 전술한 플레이트승강레일(650)에서 연장 형성될 수도 있다.

광원슬라이더(720)는 자발광부재(300)의 양측에 고정된 상태로 광원승강레일(710)에 이동 가능하게 결합되며, 제어에 의해 광원승강레일(710)을 따라 이동하면서 자발광부재(300)를 승강시킬 수 있다.

여기서, 광원슬라이더(720) 및 광원승강레일(710)은 볼스크류 방식이나 리니어모터 방식 또는 랙기어와 피니언기어 방식으로 구성되어 직선운동하면서 자발광부재(300)를 승강시킬 수 있다.

한편, 수납부(100)에는 광경화성 수지의 수위를 감지하기 위한 수위센서(730)가 설치되어 광경화성 수지의 수위감지 신호를 기반으로 광원슬라이더(720)가 승강할 수 있다.

상기와 같은 구성요소를 포함하는 3차원 프린터(10)(10')는 도 5에 도시된 바와 같이 이미지 처리부(20)를 포함하는 프린팅 시스템(1)에 적용되어 3D 제어부(30)의 제어에 의해 프린팅을 수행할 수 있다.

구체적으로, 이미지 처리부(20)는 조형대상의 3차원 도면을 높이별로 횡방향 단면이미지로 분석한 후, 분석된 복수의 횡방향 단면이미지를 순차적으로 3차원프린터(10)(10')로 전송할 수 있다.

이때, 제1 실시예에 따른 3차원 프린터(10)에는 조형대상의 상단부의 단면 이미지부터 순차적으로 전송될 수 있으며, 제2 실시예에 따른 3차원 프린터(10')에는 조형대상의 하단부의 단면이미지부터 순차적으로 전송될 수 있다.

그리고, 제어부(30)는 자발광부재(300)를 제어하여 해당 단면이미지에 대응하는 형태의 2차원 평면의 빛을 수납부(100)로 조사하여 광경화성 수지를 플레이트(500)의 저면 또는 상면에 적층시킬 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 일 실시예에 따른 3차원 프린터(10)(10') 및 프린팅 시스템(1)에 의하면, 자발광부재(300)가 자발광소자를 통해 2차원의 면형태로 빛을 제공하므로 별도의 스위칭 장치의 구성이 생략될 수 있고, 빛이 광효율의 저하 없이 제공됨에 따라 광경화성 수지가 균일하게 경화될 수 있다.

상술된 실시예들은 예시를 위한 것이며, 상술된 실시예들이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 상술된 실시예들이 갖는 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술된 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 명세서를 통해 보호 받고자 하는 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 프린팅 시스템
10 : 제1 실시예에 따른 3차원 프린터
10' : 제2 실시에에 따른 3차원 프린터
20 : 이미지처리부
30 : 제어부
100 : 수납부
200 : 투광부재
300 : 자발광부재
350 : 마이크로렌즈
400 : 지지부재
450 : 만곡부재
500 : 플레이트
600 : 승강부재
610 : 승강레일
620 : 슬라이더
650 : 플레이트승강레일
660 : 플레이트슬라이더
700 : 광원승강부재
710 : 광원승강레일
720 : 광원슬라이더
730 : 수위센서

Claims

상부가 개방된 함체형으로 형성되어 내부에 광경화성 수지를 수용하는 수납부;
상기 수납부의 바닥면을 이루면서 상기 수납부의 하부에서 조사되는 빛을 상기 수납부로 투과시키는 투광부재;
상기 투광부재의 하부에 설치되어 상기 수납부를 향해 빛을 조사하되, 2차원의 면형태로 빛을 조사하는 자발광부재;
상기 자발광부재의 하부에 설치되어 지지력을 제공하면서 상기 자발광부재의 처짐을 방지하는 지지부재;
상기 수납부의 상부에 승강 가능하게 설치되어 상기 광경화성 수지에 담기며, 상기 자발광부재의 빛에 의해 경화된 상기 광경화성 수지를 저면에 적층하면서 3차원 조형물을 형성하는 플레이트; 및
상기 플레이트를 승강시키는 승강부재를 포함하는 3차원 프린터.
제 1 항에 있어서,
상기 자발광부재는,
마이크로 LED, LED, OLED(Organic Light Emitting Diode) 및 FED(Field Emission Display)를 포함하는 자체발광 디스플레이 소자의 군에서 선택되는 어느 하나의 소자들의 집합체로 이루어져 면 발광하는 3차원 프린터.
제 1 항에 있어서,
상기 투광부재는,
상기 플레이트와 대면하는 상부필름; 및
상기 상부필름의 하부에 구비되어 상기 상부필름과 동일체를 이루며, 상기 자발광부재가 밀착되는 하부필름을 포함하는 3차원 프린터.
제 1 항에 있어서,
상기 3차원 프린터는,
상기 자발광부재의 상부에 설치되어 상기 자발광부재에서 조사되는 빛을 집광, 분산 또는 평행 조사시키는 마이크로렌즈를 더 포함하는 3차원 프린터.
제 1 항에 있어서,
상기 지지부재는,
외력의 가압에 의해 만곡 가능하게 구성되고,
상기 3차원 프린터는,
상기 지지부재의 중앙 하단부를 지지하면서 지지부위를 상승 또는 하강시키면서 상기 지지부재 및 상기 자발광부재를 만곡시키는 만곡부재를 더 포함하는 3차원 프린터.
상부가 개방된 함체형으로 형성되어 내부에 광경화성 수지를 수용하는 수납부;
상기 수납부의 상부에 설치되어 상기 수납부를 향해 빛을 조사하되, 2차원의 면 형태로 빛을 조사하는 자발광부재;
상기 수납부에 승강 가능하게 설치되면서 상기 광경화성 수지에 담기며, 상기 자발광부재의 빛에 의해 경화된 상기 광경화성 수지를 상면에 적층하면서 3차원 조형물을 형성하는 플레이트;
상기 플레이트를 승강시키는 승강부재; 및
상기 자발광부재의 중앙 상단부를 지지하면서 지지부위를 상승 또는 하강시키면서 상기 자발광부재를 만곡시키는 만곡부재를 포함하는 3차원 프린터.
제 6 항에 있어서,
상기 자발광부재는,
마이크로 LED, LED, OLED(Organic Light Emitting Diode) 및 FED(Field Emission Display) 를 포함하는 자체발광 디스플레이 소자의 군에서 선택되는 어느 하나의 소자들의 집합체로 이루어져 면 발광하는 3차원 프린터.
제 6 항에 있어서,
상기 3차원 프린터는,
상기 자발광부재의 하부에 설치되어 상기 자발광부재에서 조사되는 빛을 집광, 분산 또는 평행 조사시키는 마이크로렌즈를 더 포함하는 3차원 프린터.
제 6 항에 있어서,
상기 승강부재는,
상기 수납부의 양측벽에 수직방향으로 형성되는 플레이트승강레일; 및
상기 플레이트의 양측에 각각 구비되어 상기 플레이트승강레일에 이동 가능하게 결합되며, 상기 플레이트승강레일을 따라 이동하면서 상기 플레이트를 승강시키는 플레이트슬라이더를 포함하는 3차원 프린터.
제 6 항에 있어서,
상기 3차원 프린터는,
상기 자발광부재를 상기 수납부에 승강 가능하게 결합시키면서 상기 광경화성 수지의 수위에 따라 상기 자발광부재를 승강시키는 광원승강부재를 더 포함하는 3차원 프린터.
제 10 항에 있어서,
상기 광원승강부재는,
상기 수납부의 양측벽에 수직방향으로 형성되는 광원승강레일; 및
상기 자발광부재의 양측에 각각 구비되어 상기 광원승강레일에 이동 가능하게 결합되며, 상기 광원승강레일을 따라 이동하면서 상기 자발광부재를 함께 승강시키는 광원슬라이더를 포함하는 3차원 프린터.
삭제
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나에 의한 3차원 프린터를 포함하는 프린팅 시스템에 있어서,
조형대상의 3차원 도면을 높이별 횡방향 단면이미지로 분석하고, 분석된 각각의 횡방향 단면이미지를 순차적으로 상기 3차원 프린터로 전송하는 이미지처리부를 포함하고,
상기 3차원 프린터는,
상기 자발광부재를 제어하여 상기 횡방향 단면이미지에 대응하는 2차원 평면의 빛을 조사하는 제어부를 포함하는 프린팅 시스템.