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KR101657700B1 - optical beam irradiation apparatus of 3D printer - Google Patents

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KR101657700B1
KR101657700B1 KR1020150076696A KR20150076696A KR101657700B1 KR 101657700 B1 KR101657700 B1 KR 101657700B1 KR 1020150076696 A KR1020150076696 A KR 1020150076696A KR 20150076696 A KR20150076696 A KR 20150076696A KR 101657700 B1 KR101657700 B1 KR 101657700B1
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KR
South Korea
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light
lens
laser light
adjusting unit
parallel
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Active
Application number
KR1020150076696A
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Korean (ko)
Inventor
박종복
한수욱
임정운
김윤현
임영은
김종섭
Original Assignee
한국광기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • B29C67/0085
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

본 발명은 3D 프린터의 레이저 광조사 장치에 관한 것으로서, 성형 재료에 레이저를 조사하여 성형할 수 있도록 레이저 광을 출사하는 레이저 광원과, 레이저 광원에서 출사되는 광을 평행광으로 변환시키는 메인 콜리메이팅 렌즈와, 메인 콜리메이팅 렌즈를 통해 출사되는 광의 광출사경로 상에 설치되어 광빔의 단면적 크기를 조정하는 빔사이즈 조정부와, 빔사이즈 조정부를 거쳐 진행되는 광을 설정된 목표 위치로 조사되게 스캔하는 빔스캔부를 구비한다. 이러한 3D 프린터의 광조사 장치에 의하면, 성형할 영역 중 윤곽선 부분은 광빔의 사이즈를 축소하여 조사하고, 윤곽선 내 영역은 광빔의 사이즈를 확대하여 조사하면서 성형하도록 지원할 수 있어 성형 정밀도를 떨어뜨리지 않으면서도 성형속도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.The present invention relates to a laser light irradiating apparatus for a 3D printer, and more particularly, to a laser light irradiating apparatus of a 3D printer, which comprises a laser light source for emitting laser light so as to be formed by irradiating laser light to a molding material, a main collimating lens for converting light emitted from the laser light source into parallel light A beam size adjusting unit provided on a light output path of light emitted through the main collimating lens to adjust a cross sectional area size of the light beam, and a beam scanning unit scanning the light traveling through the beam size adjusting unit to a predetermined target position Respectively. According to such a light irradiation apparatus of the 3D printer, the contour portion of the area to be formed can be reduced and the size of the light beam is reduced, and the contour area can be enlarged and the size of the light beam can be enlarged so as to be formed while being irradiated, Thereby providing an advantage that the molding speed can be improved.

Description

3D 프린터의 광조사 장치{optical beam irradiation apparatus of 3D printer} [0001] The present invention relates to an optical beam irradiation apparatus of a 3D printer,

본 발명은 3D 프린터의 광조사 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 광빔의 사이즈를 가변시켜 입체 성형할 수 있도록 된 3D 프린터의 광조사 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a light irradiation apparatus for a 3D printer, and more particularly, to a light irradiation apparatus for a 3D printer capable of varying the size of a light beam to be three-

3D 프린터는 형성하고자 하는 입체 모양을 인쇄기법에 의해 성형할 수 있는 장치를 말한다.A 3D printer is a device capable of forming a three-dimensional shape to be formed by a printing technique.

최근에는 제품의 디자이너 및 설계자가 CAD 나 CAM을 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성하고, 생성한 데이터를 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작하는 이른바 3차원 프린팅 방법이 등장하게 되었으며, 이러한 3D 프린터를 산업, 생활, 의학 등 매우 다양한 분야에서 활용하고 있다.In recent years, a so-called three-dimensional printing method has been introduced in which product designers and designers generate 3D modeling data using CAD or CAM, and produce prototypes of three-dimensional shapes using the generated data. In various fields such as industry, life, and medicine.

일반적인 3D 프린터의 기본적인 원리는 얇은 2D 레이어를 쌓아서 3D 물체를 만드는 것이다.The basic principle of a typical 3D printer is to build a 3D object by stacking thin 2D layers.

즉, 3D 프린터 방법에는 광경화성 수지에 레이저 광선을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(StereoLithography Apparatus)와, SLA에서의 광경화성 수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하여 레이저 광선으로 주사하여 기능성 고분자 또는 금속분말을 고결시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS(Selective Laser Sintering), 열가소성 수지를 이용한 IM(Inkjet modeling), 석회가루를 이용한 3DP(3 Dimension Printing)등이 있다.That is, in the 3D printer method, SLA (Stereolithography Apparatus) using the principle that the scanned portion is cured by injecting a laser beam to the photo-curable resin and a laser beam using a functional polymer or metal powder instead of the photo- SLS (Selective Laser Sintering), IM (Inkjet modeling) using a thermoplastic resin, and 3DP (3D Dimension Printing) using a lime powder are the principles of forming a functional polymer or a metal powder by injection by injection.

기존의 SLA 방식은 광경화성 수지를 이용하는 방법으로 미국특허 4,575,330호에 개시되어 있다.The conventional SLA method is disclosed in U.S. Patent No. 4,575,330 by using a photo-curable resin.

한편, 광경화성 수지에 동일한 빔사이즈를 조사하면서 성형하는 경우 성형 속도는 빔사이즈에 영향을 받는다.On the other hand, when molding the photocurable resin while irradiating the same beam size, the shaping speed is influenced by the beam size.

즉, 빔 사이즈가 작을 경우 성형 정밀도는 높일 수 있으나 성형속도가 낮아지고, 빔 사이즈가 클 경우 성형 정밀도는 떨어지나 성형속도는 향상시킬 수 있다.That is, if the beam size is small, the forming precision can be increased, but the forming speed is low, and if the beam size is large, the forming accuracy is lowered, but the forming speed can be improved.

따라서, 성형 정밀도와 성형 속도를 모두 높일 수 있는 광조사방식이 요구되고 있다.Therefore, a light irradiation method capable of increasing both the molding precision and the molding speed is required.

본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 높은 정밀도가 요구되는 성형 부분에서는 광빔의 사이즈를 축소시키고, 높은 정밀도가 요구되지 않은 성형 부분에서는 광빔의 사이즈를 확대시켜 성형할 수 있는 3D 프린터의 광조사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of forming a light beam, which can reduce the size of a light beam in a molding part requiring high precision, It is an object of the present invention to provide a light irradiation apparatus for a 3D printer.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3D 프린터의 광조사 장치는 성형 재료에 레이저를 조사하여 성형할 수 있도록 된 3D 프린터의 레이저 조사장치에 있어서, 레이저 광을 출사하는 레이저 광원과; 상기 레이저 광원에서 출사되는 광을 평행광으로 변환시키는 메인 콜리메이팅 렌즈와; 상기 메인 콜리메이팅 렌즈를 통해 출사되는 광의 광출사경로 상에 설치되어 광빔의 단면적 크기를 조정하는 빔사이즈 조정부와; 상기 빔사이즈 조정부를 거쳐 진행되는 광을 설정된 목표 위치로 조사되게 스캔하는 빔스캔부;를 구비한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a laser irradiation apparatus for a 3D printer, the laser irradiation apparatus comprising: a laser light source for emitting laser light; A main collimating lens for converting light emitted from the laser light source into parallel light; A beam size adjusting unit installed on a light output path of light emitted through the main collimating lens to adjust a size of a sectional area of the light beam; And a beam scanning unit for scanning the light traveling through the beam size adjusting unit to be irradiated to a predetermined target position.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 빔사이즈 조정부는 상기 메인 콜리메이팅 렌즈 전방에 설치되며 광축을 중심으로 광이 입사되는 빔의 외경에 따라 초점거리가 가변되는 제1볼록렌즈와; 상기 메인 콜리메이팅 렌즈와 상기 제1볼록렌즈 사이의 광경로 내외로 입출될 수 있게 설치되며 상기 메인 콜리메이팅 렌즈와 상기 제1볼록렌즈 사이의 광경로 내로 진입된 상태에서는 상기 메인 콜리메이팅 렌즈에서 출사되는 광빔의 외경을 축소시키는 제1진퇴렌즈와; 상기 제1진퇴렌즈의 상기 메인 콜리메이팅 렌즈와 상기 제1볼록렌즈 사이 내외로의 입출을 조정하는 진퇴구동부;를 구비한다.According to an aspect of the present invention, the beam size adjusting unit includes: a first convex lens disposed in front of the main collimating lens and having a focal length variable according to an outer diameter of a beam incident on the optical axis; And a second collimating lens which is provided so as to be able to enter and exit the optical path between the main collimating lens and the first convex lens and enters the optical path between the main collimating lens and the first convex lens, A first retractable lens for reducing an outer diameter of a light beam to be projected; And a forward / backward driving unit that adjusts entry / exit between the main collimating lens and the first convex lens of the first retractable lens.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 상기 빔사이즈 조정부는 상기 메인 콜리메이팅 렌즈를 거쳐 진행되는 평행광을 입사창을 통해 수신받을 수 있도록 된 하우징과; 상기 하우징 내에 장착되어 상기 레이저 광원으로부터 입사된 광의 외경이 확장되게 확산시키는 확산렌즈와; 상기 하우징 내에 상기 확산렌즈로부터 확산되어 진행되는 광을 평행광으로 변환하여 출력하는 서브 콜리메이팅렌즈와; 상기 서브 콜리메이팅렌즈와 결합되어 상기 서브 콜리메이팅렌즈와 상기 확산렌즈와의 이격거리를 조정하여 상기 서브 콜리메이팅렌즈에서 출사되는 평행빔의 단면 사이즈를 조정하는 이격거리 조정부;를 구비한다.According to another aspect of the present invention, the beam size adjusting unit includes: a housing capable of receiving parallel light traveling through the main collimating lens through an incident window; A diffusion lens mounted in the housing and diffusing the light incident from the laser light source so as to expand the outer diameter; A subcollimating lens for converting light propagating from the diffusion lens into parallel light in the housing and outputting the parallel light; And a spacing distance adjusting unit coupled to the subcollimating lens to adjust a distance between the subcollimating lens and the diffusing lens to adjust a cross-sectional size of a parallel beam emitted from the subcollimating lens.

상기 이격거리 조정부는 상기 하우징내에 상기 확산렌즈의 광축과 나란한 방향을 따라 연장된 적어도 하나의 리니어 샤프트와; 상기 리니어 샤프트를 따라 진퇴될 수 있게 결합되며 상기 서브 콜리메이팅렌즈가 장착된 진퇴 브라켓과; 모터에 의해 회전되게 상기 하우징 내에 상기 리니어 샤프트와 나란하게 설치된 리니어 스크류와; 상기 리니어 스크류에 나사결합되어 있으며, 상기 리니어 스크류의 정역회전에 따라 진퇴되게 외측이 상기 진퇴브라켓과 결합된 진퇴나사부;를 구비한다.Wherein the distance adjustment unit comprises: at least one linear shaft extending in a direction parallel to an optical axis of the diffusion lens in the housing; An advancing / retracting bracket coupled to the linear shaft so as to be retractably engaged with the sub-collimating lens; A linear screw provided in the housing in parallel with the linear shaft so as to be rotated by a motor; And a forward / backward screw portion threadedly coupled to the linear screw, the forward / outward screw portion of which the outside is engaged with the forward / backward bracket so as to be advanced / retreated in accordance with forward and reverse rotation of the linear screw.

한편 본 발명에 따른 3D 프린터의 성형방법은 레이저 광을 출사하는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원에서 출사되는 광을 평행광으로 변환시키는 메인 콜리메이팅 렌즈와, 상기 메인 콜리메이팅 렌즈를 통해 출사되는 광의 광출사경로 상에 설치되어 광빔의 단면적 크기를 조정하는 빔사이즈 조정부와, 상기 빔사이즈 조정부를 거쳐 진행되는 광을 설정된 목표 위치로 조사되게 스캔하여 성형부의 광경화재료에 조사하는 빔스캔부를 구비하는 광조사장치를 이용하여 광경화재료에 레이저를 조사하여 성형하는 방법에 있어서, 성형할 영역 중 윤곽선 부분은 제1광빔으로 조사하고, 윤곽선 내 영역은 상기 제1광빔보다 외경이 확장된 빔사이즈를 갖는 제2광빔으로 조사하면서 성형한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a 3D printer including a laser light source for emitting laser light, a main collimating lens for converting light emitted from the laser light source into parallel light, And a beam scanning unit which is provided on the exit path and adjusts the cross sectional area size of the light beam, and a beam scanning unit which scans the light traveling through the beam size adjusting unit to be irradiated to a predetermined target position and irradiates the light- A method of irradiating a photocurable material with a laser beam using an irradiation device, the method comprising: irradiating a contour portion of a region to be formed with a first light beam, the contour region having a beam size whose outer diameter is wider than the first light beam While being irradiated with the second light beam.

본 발명에 따른 3D 프린터의 광조사 장치에 의하면, 성형할 영역 중 윤곽선 부분은 광빔의 사이즈를 축소하여 조사하고, 윤곽선 내 영역은 광빔의 사이즈를 확대하여 조사하면서 성형하도록 지원할 수 있어 성형 정밀도를 떨어뜨리지 않으면서도 성형속도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.According to the light irradiation apparatus of the 3D printer according to the present invention, the contour portion of the area to be molded can be reduced and the size of the light beam can be reduced, It offers the advantage of improving the molding speed without cutting.

도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터의 광조사 장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 빔사이즈 조정부의 제1 실시예를 나타내 보인 도면이고,
도 3은 도 2의 제1진퇴렌즈가 광경로로부터 벗어나 상태를 도 2와 비교하여 나타내 보인 도면이고,
도 4는 도 1의 광조사장치를 이용하여 성형하기 위한 광조사패턴을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 도 1의 빔사이즈 조정부의 제2 실시예를 나타내 보인 단면도이고,
도 6은 도 1의 빔 스캔부의 일 예를 나타내 보인 도면이다.
1 is a view showing a light irradiation device of a 3D printer according to the present invention,
FIG. 2 is a view showing a first embodiment of the beam size adjusting unit of FIG. 1,
Fig. 3 is a view showing a state in which the first retractable lens of Fig. 2 is deviated from the optical path as compared with Fig. 2,
Fig. 4 is a view for explaining a light irradiation pattern for molding using the light irradiation apparatus of Fig. 1,
5 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the beam size adjusting unit of FIG. 1,
FIG. 6 is a diagram showing an example of the beam scanning unit of FIG. 1. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터의 광조사 장치를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a light irradiation apparatus of a 3D printer according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터의 광조사 장치를 나타내 보인 도면이다.1 is a view showing a light irradiation apparatus of a 3D printer according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광조사 장치(100)는 레이저 광원(110), 메인 콜리메이팅 렌즈(120), 빔사이즈 조정부(130), 빔스캔부(140) 및 성형부(150)를 구비한다.1, a light irradiation apparatus 100 according to the present invention includes a laser light source 110, a main collimating lens 120, a beam size adjusting unit 130, a beam scanning unit 140, and a forming unit 150, Respectively.

레이저 광원(110)을 레이저 광을 출사한다.The laser light source 110 emits laser light.

메인 콜리메이팅렌즈(120)는 레이저 광원에서 출사되는 광을 평행빔으로 변환시킨다.The main collimating lens 120 converts the light emitted from the laser light source into a parallel beam.

빔사이즈 조정부(130)는 레이저 광원(110)에서 출사된 후 메인 콜리메이팅 렌즈(120)를 거쳐 진행되는 광의 광출사 경로 상에 설치되어 광빔의 단면적 크기를 조정할 수 있도록 되어 있다.The beam size adjusting unit 130 is disposed on the light output path of the light emitted from the laser light source 110 and then through the main collimating lens 120 to adjust the size of the sectional area of the light beam.

도시된 예에서 빔사이즈 조정부(130)는 메인 콜리메이팅 렌즈(120)를 거쳐 진행되는 광의 광출사경로 상에 설치되어 빔의 사이즈를 조정하도록 되어 있다.In the illustrated example, the beam size adjusting unit 130 is provided on the light output path of the light traveling through the main collimating lens 120 to adjust the size of the beam.

빔사이즈 조정부(130)의 상세 구조는 후술한다.The detailed structure of the beam size adjusting unit 130 will be described later.

빔스캔부(140)는 빔사이즈 조정부(130)를 거쳐 진행되는 광을 설정된 목표 위치로 조사되게 광의 진행방향을 조정한다.The beam scanning unit 140 adjusts the traveling direction of light so that light traveling through the beam size adjusting unit 130 is directed to a set target position.

빔스캔부(140)는 통상적인 구조로 구축되면 되고, 도 6에 예시된 바와 같이 빔사이즈 조정부(130)를 거쳐 진행되는 광에 대해 성형면을 기준으로 제1방향에 대한 조사방향을 제1반사경(141)의 각도를 조정하여 조정하는 제1방향조정기(143)와, 제1반사경(141)을 거쳐 진행되는 광에 대해 제1방향과 직교하는 제2방향에 대해 제2반사경(142)의 각도를 조정하여 조정하는 제2방향조정기(145)로 구축될 수 있다.As shown in FIG. 6, the beam scanning unit 140 may be configured such that the irradiation direction with respect to the first direction is referred to as a first direction with respect to the shaping surface with respect to light traveling through the beam size adjustment unit 130, A first direction adjuster 143 for adjusting the angle of the reflector 141 and a second reflector 142 for a second direction orthogonal to the first direction with respect to light traveling through the first reflector 141, And a second direction adjuster 145 for adjusting and adjusting the angle of the second direction adjuster.

참조부호 147은 에프세타(f-θ)렌즈이다.Reference numeral 147 denotes an f-theta lens.

성형부(150)는 성형재료를 공급하면서 조사되는 레이저 빔에 의해 성형이 이루어질 수 있도록 되어 있다.The forming unit 150 is configured such that molding can be performed by a laser beam irradiated while supplying a molding material.

도시된 예에서는 성형재료로서 광경화 수지가 저수된 수조(151)내에 승하강 되게 마련된 베이스 플랫폼(153)을 승하강 봉(154)을 통해 점진적으로 하강시키면서 조사된 레이저 빔에 의해 경화된 수지에 의해 성형될 수 있도록 되어 있다.In the illustrated example, the base platform 153, which is raised and lowered in the water tank 151 in which the photocurable resin is stored as a molding material, is gradually lowered through the lifting and lowering rod 154, As shown in Fig.

성형부(150)는 예시된 방식 이외에 SLS방식의 성형부가 적용될 수 있음은 물론이다.It is needless to say that the molding part 150 may be formed by an SLS molding part other than the illustrated method.

이하에서는 빔사이즈 조정부(130)에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the beam size adjusting unit 130 will be described with reference to FIG.

빔사이즈 조정부(130)는 메인 콜리메이팅 렌즈(120) 전방에 설치되며 광축을 중심으로 광이 입사되는 빔의 외경에 따라 초점거리가 가변되는 제1볼록렌즈(135)와, 메인 콜리메이팅 렌즈(120)와 제1볼록렌즈(135) 사이의 광경로 내외로 입출될 수 있게 설치된 제1진퇴렌즈(133) 및 제1진퇴렌즈(133)의 메인 콜리메이팅 렌즈(120)와 제1볼록렌즈(135) 사이 내외로의 입출을 조정하는 진퇴구동부(138)을 구비한다.The beam size adjusting unit 130 includes a first convex lens 135 disposed in front of the main collimating lens 120 and having a focal length variable depending on an outer diameter of a beam incident on the optical axis, The first convex lens 133 and the first convex lens 133 are provided so as to be in and out of the optical path between the first convex lens 120 and the first convex lens 135, 135 for regulating the entrance and exit of the inside and outside of the vehicle.

여기서 제1진퇴렌즈(133)는 메인 콜리메이팅 렌즈(120)와 제1볼록렌즈(135) 사이의 광경로 내로 진입된 상태에서는 메인 콜리메이팅 렌즈(120)에서 출사되는 광빔의 외경을 축소시키도록 볼록면을 갖는 것이 적용된다.Here, the first retractable lens 133 is configured to reduce the outer diameter of the light beam emitted from the main collimating lens 120 in a state in which the first retractable lens 133 enters the optical path between the main collimating lens 120 and the first convex lens 135 A material having a convex surface is applied.

따라서 도 3에 비교예시된 바와 같이 메인 콜리메이팅렌즈(120)를 기준으로 동일한 거리에 있는 임의의 결상면(139)을 기준으로 형성되는 빔사이즈는 도 2의 조건이 도 3보다 커짐을 알 수 있다.3, it can be seen that the condition of FIG. 2 is larger than that of FIG. 3 in the beam size formed on the basis of the arbitrary image forming surface 139 at the same distance with respect to the main collimating lens 120 have.

여기서 결상면은 성형부의 성형재료가 노출되는 성형면이 될 수 있다.Here, the image-forming surface can be a molding surface on which the molding material of the molding part is exposed.

진퇴 구동부(138)는 제1진퇴렌즈(133)를 광빔의 진행경로에 수직한 방향으로 진퇴시킬 수 있도록 결합된 실린더 또는 그 밖의 엑츄에이터가 적용될 수 있다.The advance / retreat drive unit 138 may be a cylinder or other actuator coupled to move the first retractable lens 133 in the direction perpendicular to the path of the light beam.

이러한 빔사이즈 조정부(130)를 이용하여 성형하는 과정의 예를 도 4를 참조하여 설명한다.An example of a process of forming using the beam size adjustment unit 130 will be described with reference to FIG.

성형하고자하는 영역(153)이 도 4에 예시된 사각영역인 경우 윤곽선(161)에 해당하는 부분은 제1진퇴렌즈(133)가 광경로 내로 진입되게 하여 광빔의 사이즈가 축소된 가는 광빔(161a)으로 광을 조사하고, 윤곽선(161) 내측 부분(163)은 정밀도와 무관하기 때문에 광빔의 사이즈가 확대된 확대 광빔(163a)로 조사하면 된다.4, the portion corresponding to the contour line 161 is formed by the light beam 161a having a reduced size of the light beam by causing the first retractable lens 133 to enter the optical path, And since the inside portion 163 of the contour 161 is irrelevant to the accuracy, the size of the light beam may be irradiated with the enlarged light beam 163a.

한편, 빔사이즈 조정부의 또 다른 구조를 도 5를 참조하여 설명한다.Another structure of the beam size adjusting unit will be described with reference to FIG.

도 5를 참조하면, 빔사이즈 조정부(230)은 하우징(231), 확산렌즈(241), 서브 콜리메이팅렌즈(243) 및 이격거리 조정부(250)를 구비한다.5, the beam size adjusting unit 230 includes a housing 231, a diffusion lens 241, a subcollimating lens 243, and a distance adjustment unit 250.

하우징(231)은 레이저 광원(110)으로부터 메인 콜리메이팅 렌즈(120)를 거쳐 진행되는 평행광을 입사창(232)을 통해 수신받을 수 있고 내부에 광빔 사이즈를 조정하기 위한 요소가 장착될 수 있는 내부공간을 갖으며 출사창(233)을 통해 광빔을 출사하도록 형성되어 있다.The housing 231 can receive the parallel light traveling from the laser light source 110 through the main collimating lens 120 through the incident window 232 and can be mounted with an element for adjusting the size of the light beam inside And has an internal space and is configured to emit a light beam through an emission window 233.

입사창(232) AR코팅처리 된 것이 바람직하다.The incident window 232 is preferably AR coated.

확산렌즈(241)는 하우징(231) 내에 장착되어 레이저 광원(110)으로부터 메인 콜리메이팅 렌즈(120)를 통해 입사된 광의 단면 외경이 확장되게 확산시키는 오목형 렌즈가 적용되어 있다.The diffusion lens 241 is a concave lens that is mounted in the housing 231 and diffuses the light incident from the laser light source 110 through the main collimating lens 120 so as to expand the cross-sectional outer diameter.

서브 콜리메이팅 렌즈(243)는 진퇴브라켓(261)에 결합되어 하우징(231) 내에서 확산렌즈(241)로부터 확산되어 진행되는 광을 평행광으로 변환한다.The subcollimating lens 243 is coupled to the advancing / retracting bracket 261, and converts the light propagating in the housing 231 from the diffusion lens 241 into parallel light.

이격거리 조정부(250)는 서브 콜리메이팅렌즈(243)와 결합되어 서브 콜리메이팅렌즈(243)와 확산렌즈(241)와의 이격거리를 조정하여 서브 콜리메이팅렌즈(243)에서 출사되는 평행빔의 단면 사이즈를 조정한다.The spacing distance adjusting unit 250 is coupled with the subcollimating lens 243 to adjust the spacing distance between the subcollimating lens 243 and the diffusing lens 241 to adjust the spacing of the parallel beams emitted from the subcollimating lens 243 Adjust the size.

이격거리 조정부(250)는 리니어 샤프트(253), 진퇴 브라켓(261), 리니어 스크류(263), 모터(265), 진퇴나사부(267)를 구비한다.The spacing distance adjusting unit 250 includes a linear shaft 253, a forward and backward bracket 261, a linear screw 263, a motor 265, and a forward / backward screw portion 267.

리니어 샤프트(253)는 하우징(231) 내에 확산렌즈(241)의 광축과 나란하게 상부 및 하부에서 2개가 연장되게 설치되어 있다.The linear shaft 253 is provided in the housing 231 so as to extend in the upper and lower portions in parallel with the optical axis of the diffusion lens 241.

진퇴 브라켓(261)은 리니어 샤프트(253)를 따라 외측에서 진퇴될 수 있게 결합되며 서브 콜리메이팅렌즈(243)의 상하측과 결합되어 있다.The advancing / retracting bracket 261 is engaged with the upper and lower sides of the subcollimating lens 243 so as to be moved forward and outward along the linear shaft 253.

리니어 스크류(263)는 모터(265)에 의해 회전되게 하우징(231) 내에 리니어 샤프트(253)와 나란하게 설치되어 있다.The linear screw 263 is arranged in parallel with the linear shaft 253 in the housing 231 so as to be rotated by the motor 265.

진퇴나사부(267)는 너트 형태로 형성되어 리니어 스크류(263)에 나사결합되어 있고, 리니어 스크류(263)의 정역회전에 따라 진퇴되게 외측이 진퇴브라켓(261)과 결합되어 있다.The forward and backward screw portions 267 are formed in the form of a nut and are screwed to the linear screws 263 and coupled to the forward and backward brackets 261 so as to advance and retreat in accordance with the forward and reverse rotation of the linear screws 263.

참조부호 271 및 272는 확산렌즈(243)의 이동거리를 제한하도록 리니어 샤프트(253), 진퇴 나사부(267)에 각각 접촉될 수 있게 설치된 리미트스위치이다.Reference numerals 271 and 272 are limit switches provided so as to be able to respectively contact the linear shaft 253 and the advancing screw portion 267 so as to limit the moving distance of the diffusion lens 243, respectively.

한편, 광조사장치(100)의 제어부(미도시)는 성형하고자 하는 형상에 대응한 광주사 패턴 데이터를 입력받아 레이저 광원(110)을 구동하고, 앞서 설명된 바와 같이 성형영역에 대해 윤곽선인지 윤곽선 내부영역인지에 따라 빔사이즈가 조정되게 빔사이즈 조정부(130)를 조정하고, 목적하는 조사방향으로 빔이 조사되게 빔스캔부(140)를 제어한다.The control unit (not shown) of the light irradiation apparatus 100 receives the light scanning pattern data corresponding to the shape to be molded and drives the laser light source 110. As described above, The beam size adjusting unit 130 is adjusted so that the beam size is adjusted according to the inner area, and the beam scanning unit 140 is controlled so that the beam is irradiated in the desired irradiation direction.

110: 레이저 광원 120: 메인 콜리메이팅 렌즈
130: 빔사이즈 조정부 140: 빔스캔부
150: 성형부
110: laser light source 120: main collimating lens
130: beam size adjustment unit 140: beam scanning unit
150:

Claims (4)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 성형 재료에 레이저를 조사하여 성형할 수 있도록 된 3D 프린터의 레이저 조사장치에 있어서,
레이저 광을 출사하는 레이저 광원과;
상기 레이저 광원에서 출사되는 광을 평행광으로 변환시키는 메인 콜리메이팅 렌즈와;
상기 메인 콜리메이팅 렌즈를 통해 출사되는 광의 광출사경로 상에 설치되어 광빔의 단면적 크기를 조정하는 빔사이즈 조정부와;
상기 빔사이즈 조정부를 거쳐 진행되는 광을 설정된 목표 위치로 조사되게 스캔하는 빔스캔부;를 구비하고,
상기 빔사이즈 조정부는
상기 메인 콜리메이팅 렌즈를 거쳐 진행되는 평행광을 입사창을 통해 수신받을 수 있도록 된 하우징과;
상기 하우징 내에 장착되어 상기 레이저 광원으로부터 입사된 광의 외경이 확장되게 확산시키는 확산렌즈와;
상기 하우징 내에 상기 확산렌즈로부터 확산되어 진행되는 광을 평행광으로 변환하여 출력하는 서브 콜리메이팅렌즈와;
상기 서브 콜리메이팅렌즈와 결합되어 상기 서브 콜리메이팅렌즈와 상기 확산렌즈와의 이격거리를 조정하여 상기 서브 콜리메이팅렌즈에서 출사되는 평행빔의 단면 사이즈를 조정하는 이격거리 조정부;를 구비하며,
상기 이격거리 조정부는
상기 하우징내에 상기 확산렌즈의 광축과 나란한 방향을 따라 연장된 적어도 하나의 리니어 샤프트와;
상기 리니어 샤프트를 따라 진퇴될 수 있게 결합되며 상기 서브 콜리메이팅렌즈가 장착된 진퇴 브라켓과;
모터에 의해 회전되게 상기 하우징 내에 상기 리니어 샤프트와 나란하게 설치된 리니어 스크류와;
상기 리니어 스크류에 나사결합되어 있으며, 상기 리니어 스크류의 정역회전에 따라 진퇴되게 외측이 상기 진퇴브라켓과 결합된 진퇴나사부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 레이저 광조사 장치.
A laser irradiation apparatus of a 3D printer capable of forming a molding material by laser irradiation,
A laser light source for emitting laser light;
A main collimating lens for converting light emitted from the laser light source into parallel light;
A beam size adjusting unit installed on a light output path of light emitted through the main collimating lens to adjust a size of a sectional area of the light beam;
And a beam scanning unit for scanning the light traveling through the beam size adjusting unit to be irradiated to a predetermined target position,
The beam size adjusting unit
A housing capable of receiving parallel light traveling through the main collimating lens through an incident window;
A diffusion lens mounted in the housing and diffusing the light incident from the laser light source so as to expand the outer diameter;
A subcollimating lens for converting light propagating from the diffusion lens into parallel light in the housing and outputting the parallel light;
And a separation distance adjusting unit coupled to the subcollimating lens to adjust a distance between the subcollimating lens and the diffusing lens to adjust a cross-sectional size of a parallel beam emitted from the subcollimating lens,
The distance-
At least one linear shaft extending in a direction parallel to an optical axis of the diffusion lens in the housing;
An advancing / retracting bracket coupled to the linear shaft so as to be retractably engaged with the sub-collimating lens;
A linear screw provided in the housing in parallel with the linear shaft so as to be rotated by a motor;
And a forward / backward threaded portion threadedly coupled to the linear screw and having an outer side engaged with the forward / backward bracket so as to be advanced / retreated in accordance with forward and reverse rotation of the linear screw.
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106827514A (en) * 2017-02-10 2017-06-13 上海联泰科技股份有限公司 Layering builds image processing method, Method of printing and the 3D printing equipment of object
KR20190011419A (en) 2017-07-25 2019-02-07 주식회사 레이 Calibration Method of 3D Printer
KR20190024262A (en) 2017-08-31 2019-03-08 주식회사 디이엔티 Method and method for adjusting laser beam size in metal 3d printer
KR20200063335A (en) * 2018-11-21 2020-06-05 한국광기술원 optical beam irradiation apparatus of 3D printer
KR20200087323A (en) * 2018-12-28 2020-07-21 한국광기술원 3D printer
KR20200094828A (en) 2019-01-22 2020-08-10 주식회사 디이엔티 Laser head optical axis distance adjustment device of metal 3D printer
KR102250986B1 (en) 2020-02-25 2021-05-14 주식회사 디이엔티 Laser head of nozzle unit for 3D printer
KR20210089042A (en) 2020-01-07 2021-07-15 주식회사 디이엔티 Apparatus and method for controlling the nozzle unit of a 3D printer
CN114087560A (en) * 2021-11-26 2022-02-25 深圳市洋明达科技有限公司 Photocuring 3D printer base light diffusion structure
KR20220074068A (en) 2020-11-27 2022-06-03 주식회사 디이엔티 Chamber and 3d printer with the same
KR20220073435A (en) 2020-11-26 2022-06-03 주식회사 디이엔티 Laser head for 3d printer
CN115685510A (en) * 2022-09-13 2023-02-03 中国科学院西安光学精密机械研究所 Continuous zoom lens for laser additive manufacturing and laser cladding optical system
WO2023063471A1 (en) * 2021-10-12 2023-04-20 주식회사 에스에프에스 Metal 3d printer
CN119388752A (en) * 2024-10-11 2025-02-07 安徽省春谷3D打印智能装备产业技术研究院有限公司 A light source adjustment device for a laser 3D printer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080077787A (en) * 2007-02-21 2008-08-26 한국기계연구원 Spot size variable three-dimensional processing device for optimum production speed
KR20100130497A (en) * 2009-06-03 2010-12-13 한국산업기술대학교산학협력단 Optical shaping device using Blu-ray pickup unit
JP5293993B2 (en) * 2008-01-09 2013-09-18 ソニー株式会社 Stereolithography apparatus and stereolithography method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080077787A (en) * 2007-02-21 2008-08-26 한국기계연구원 Spot size variable three-dimensional processing device for optimum production speed
JP5293993B2 (en) * 2008-01-09 2013-09-18 ソニー株式会社 Stereolithography apparatus and stereolithography method
KR20100130497A (en) * 2009-06-03 2010-12-13 한국산업기술대학교산학협력단 Optical shaping device using Blu-ray pickup unit

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106827514A (en) * 2017-02-10 2017-06-13 上海联泰科技股份有限公司 Layering builds image processing method, Method of printing and the 3D printing equipment of object
KR20190011419A (en) 2017-07-25 2019-02-07 주식회사 레이 Calibration Method of 3D Printer
KR20190024262A (en) 2017-08-31 2019-03-08 주식회사 디이엔티 Method and method for adjusting laser beam size in metal 3d printer
KR20200063335A (en) * 2018-11-21 2020-06-05 한국광기술원 optical beam irradiation apparatus of 3D printer
KR102171813B1 (en) * 2018-11-21 2020-10-29 한국광기술원 optical beam irradiation apparatus of 3D printer
KR20200087323A (en) * 2018-12-28 2020-07-21 한국광기술원 3D printer
KR102161641B1 (en) 2018-12-28 2020-10-05 한국광기술원 3D printer
KR20200094828A (en) 2019-01-22 2020-08-10 주식회사 디이엔티 Laser head optical axis distance adjustment device of metal 3D printer
KR20210089042A (en) 2020-01-07 2021-07-15 주식회사 디이엔티 Apparatus and method for controlling the nozzle unit of a 3D printer
KR102250986B1 (en) 2020-02-25 2021-05-14 주식회사 디이엔티 Laser head of nozzle unit for 3D printer
KR20220073435A (en) 2020-11-26 2022-06-03 주식회사 디이엔티 Laser head for 3d printer
KR20220074068A (en) 2020-11-27 2022-06-03 주식회사 디이엔티 Chamber and 3d printer with the same
WO2023063471A1 (en) * 2021-10-12 2023-04-20 주식회사 에스에프에스 Metal 3d printer
CN114087560A (en) * 2021-11-26 2022-02-25 深圳市洋明达科技有限公司 Photocuring 3D printer base light diffusion structure
CN114087560B (en) * 2021-11-26 2024-05-28 深圳市洋明达科技有限公司 Light diffusion structure of base of photo-curing 3D printer
CN115685510A (en) * 2022-09-13 2023-02-03 中国科学院西安光学精密机械研究所 Continuous zoom lens for laser additive manufacturing and laser cladding optical system
CN119388752A (en) * 2024-10-11 2025-02-07 安徽省春谷3D打印智能装备产业技术研究院有限公司 A light source adjustment device for a laser 3D printer

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