(57)【要約】【課題】紫外線発光ダイオード（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＵＶ−ＬＥＤ）を用いた３Ｄプリンター用硬化装置に係り、具体的には、様々な３Ｄプリント工程に適合するように配列および設計された、紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置に関する。【解決手段】本発明の実施形態によれば、紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を様々な方式のプリント工程に適合するように配列して設計することにより、硬化工程段階での熱の発生を極力抑えることができるのはもちろんのこと、製品の生産性の向上、高品質の３次元立体映像の製作、３Ｄプリンターの低消費電力化／軽量化／小型化を図ることができ、活用分野の拡張による３Ｄプリンターの大衆化に寄与することができる。【選択図】図１
2016526495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）材料に対して、単一波長の光を単一方向に放出する直線型紫外線発光ダイオード、および単一波長の光を様々な方向に放出する分散型紫外線発光ダイオードの少なくとも一つを用いて硬化工程を行う、３Ｄプリンター用硬化装置。
【請求項２】
前記光硬化ポリマー材料を複数の直線型または分散型紫外線発光ダイオードを用いて硬化させるが、
前記複数の紫外線発光ダイオードから一つ以上の波長光を放出して前記硬化工程を行うことを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄプリンター用硬化装置。
【請求項３】
前記光硬化ポリマー材料が材料噴射装置を介して基板上に噴射される場合、
前記光硬化ポリマー材料の基板上の噴射地点側面に前記基板とは所定の間隔を置いて設置され、前記基板に水平な方向に光を放出しながら前記硬化工程を行うことを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄプリンター用硬化装置。
【請求項４】
前記光硬化ポリマー材料が材料噴射装置を介して噴射される場合、前記材料噴射装置に一体に設けられ、前記光硬化ポリマー材料が噴射され次第に硬化工程を行うことができるように、前記紫外線発光ダイオードは、光硬化ポリマー材料の噴射地点に向かって光を放出することを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄプリンター用硬化装置。
【請求項５】
前記紫外線発光ダイオードの光放出方向を外部からの制御によって調整することができることを特徴とする、請求項４に記載の３Ｄプリンター用硬化装置。
【請求項６】
前記紫外線発光ダイオードから放出される光の散乱により光が前記材料噴射装置内に流入することを遮断するために、所定の厚さの遮断用ケースを、前記光硬化ポリマー材料の噴射開始地点に隣接して備え、
前記遮断用ケースは、前記光硬化ポリマー材料が噴射できる最小サイズのホールが設けられていることを特報とする、請求項４に記載の３Ｄプリンター用硬化装置。
【請求項７】
前記光硬化ポリマー材料を、ボールペン状の材料噴射装置を介して、前記材料噴射装置の先端に設けられた所定サイズのホールを介して噴射する場合、
前記紫外線発光ダイオードは、前記ホールに隣接して前記光硬化ポリマー材料の噴射地点に向かって光を放出することを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄプリンター用硬化装置。
【請求項８】
前記材料噴射装置の周りに沿って複数の前記紫外線発光ダイオードが設けられたことを特徴とする、請求項７に記載の３Ｄプリンター用硬化装置。
【請求項９】
前記材料噴射装置と同一の移動経路に沿って動きながら硬化工程を行うことを特徴とする、請求項３乃至６のいずれか１項に記載の３Ｄプリンター用硬化装置。
【請求項１０】
前記材料噴射装置を介して光硬化ポリマー材料が噴射される時点にのみ、選択的に前記紫外線発光ダイオードを介して光を放出することを特徴とする、請求項３乃至８のいずれか１項に記載の３Ｄプリンター用硬化装置。
【請求項１１】
所定の容器に入っている前記光硬化ポリマー材料に対して前記直線紫外線発光ダイオードを用いてフォトリソグラフィー（ｐｈｏｔｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方式で硬化工程を行う場合、
前記容器内に備えられる上／下方向に移動可能なプレートを前記製作対象の３Ｄ形状に応じて位置調整しながら硬化工程を行うことを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄプリンター用硬化装置。
【請求項１２】
所定の容器に入っている前記光硬化ポリマー材料に対して前記分散型紫外線発光ダイオードを用いてフォトリソグラフィー（ｐｈｏｔｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方式で硬化工程を行う場合、
前記光硬化ポリマー材料の上部に形成された製作対象の３Ｄ形状に応じたフォトマスク（ｐｈｏｔｏ  ｍａｓｋ）を介して前記硬化工程を行うが、前記容器内に備えられる上／下方向に移動可能なプレートを前記製作対象の３Ｄ形状に応じて位置調整しながら硬化工程を行うことを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄプリンター用硬化装置。
【請求項１３】
前記直線紫外線発光ダイオードを介して所定の形状の光を放出するために、前記直線型紫外線発光ダイオードの光発生部位に所定の形状のレンズを取り付けることを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄプリンター用硬化装置。
【請求項１４】
前記紫外線発光ダイオードをアーチ型、一字型および平面型のいずれか一つの形状に複数個連続的に結合するが、
前記紫外線発光ダイオードから光が照射される領域に流入する基板上に備えられた光硬化ポリマー材料に対して硬化工程を行うことを特徴とする、請求項２に記載の３Ｄプリンター用硬化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線発光ダイオード（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＵＶ−ＬＥＤ）を用いた３Ｄプリンター用硬化装置に係り、具体的には、様々な３Ｄプリント工程に適合するように配列および設計された、紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーダーメイド生産の時代を開き、医療やバイオなどの新事業領域で次世代精密加工技術として脚光を浴びる３Ｄプリント技術は、プリンター材料噴射装置および硬化装置のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸制御を介して空間に３次元立体を製作する技術であって、通常、２次元断面を連続的に再構成して素材を１層ずつプリントしながら積層する方式に従う。
【０００３】
このような連続積層方式を用いた高品質、高速の３次元立体製作のためには、高度の材料硬化技術が前提にならなければならない。このような材料硬化技術としては、通常、熱（Ｆｕｓｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ：ＦＤＭ）、レーザー（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ：ＳＬＳ）、ＵＶ光（Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ：ＳＬＡ）を用いた方式が使われている。
【０００４】
一方、前記熱を用いた材料硬化方式は、材料硬化過程に支持台が必須的に要求され、生産過程での所要時間が長い。前記レーザーを用いた材料硬化方式は、レーザー発生のための広い作業空間が必要とされ、工程費用に対する負担が大きく発生する。よって、生産所要時間および生産維持費に対する負担が相対的に少なく、高品質の出力物の獲得が可能である、ＵＶ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いた材料硬化方式が好まれている。
【０００５】
ところで、前記ＵＶを用いた材料硬化方式として通常用いられるランプ（Ｌａｍｐ）タイプのＵＶ硬化方法は、一般的な熱硬化方式に比べて、プリント品質および生産性の向上の観点から画期的と言えるほど利益が大きいため、様々な産業分野で使用されている。しかしながら、前記ランプタイプのＵＶ硬化方法は、硬化作業を行うためにランプの内部温度を４５００℃〜４８００℃に維持しなければならず、これにより非常に多くの熱が発生するため、その品質および生産性の向上に限界があるうえ、消費電力も大きく発生するという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するために創案されたもので、３Ｄプリンターの硬化工程において室温（約２５℃）で熱が発生することなく、高速で３次元形状を製作することができ、様々な方式の３Ｄプリンター用材料噴射装置にプリント工程の目的に応じて最適の方法で結合されて前記硬化工程を効率よく行う、紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置は、光硬化ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）材料に対して、単一波長の光を単一方向に放出する直線型紫外線発光ダイオード、および単一波長の光を様々な方向に放出する分散型紫外線発光ダイオードの少なくとも一つを用いて硬化工程を行うことができる。
【０００８】
このとき、前記光硬化ポリマー材料を複数の直線型または分散型紫外線発光ダイオードを用いて硬化させるが、前記複数の紫外線発光ダイオードから一つ以上の波長光を放出して前記硬化工程を行うことができる。
【０００９】
一方、前記光硬化ポリマー材料が材料噴射装置を介して基板上に噴射される場合、前記光硬化ポリマー材料の基板上の噴射地点側面に前記基板とは所定の間隔を置いて設置され、前記基板に水平な方向に光を放出しながら前記硬化工程を行うことができる。
【００１０】
他方、前記光硬化ポリマー材料が材料噴射装置を介して噴射される場合、前記材料噴射装置に一体に設けられ、前記光硬化ポリマー材料が噴射され次第に硬化工程を行うことができるように、前記紫外線発光ダイオードは、光硬化ポリマー材料が噴射される地点に向かって光を放出することができる。
【００１１】
このとき、前記紫外線発光ダイオードの光放出方向を外部からの制御によって調整することができる。
【００１２】
このとき、前記紫外線発光ダイオードから放出される光の散乱により光が前記材料噴射装置内に流入することを遮断するために、所定の厚さの遮断用ケースを、前記光硬化ポリマー材料の噴射開始地点に隣接して備えるが、前記遮断用ケースは、前記光硬化ポリマー材料が噴射できる最小サイズのホールが形成できる。
【００１３】
一方、前記光硬化ポリマー材料をボールペン状の材料噴射装置によって、前記材料噴射装置の先端に設けられた所定のサイズのホールを介して噴射する場合、前記紫外線発光ダイオードは、前記ホールに隣接して、前記光硬化ポリマー材料が噴射される地点に向かって光を放出することができる。
【００１４】
このとき、前記材料噴射装置の周りに沿って複数の前記紫外線発光ダイオードが形成できる。
【００１５】
好ましくは、前記材料噴射装置と同一の移動経路に沿って動きながら硬化工程を行うことができる。
【００１６】
また、前記材料噴射装置を介して光硬化ポリマー材料が噴射される時点にのみ、選択的に前記紫外線発光ダイオードを介して光を放出することができる。
【００１７】
一方、所定の容器に入っている前記光硬化ポリマー材料に対して前記直線紫外線発光ダイオードを用いてフォトリソグラフィー（ｐｈｏｔｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方式で硬化工程を行う場合、前記容器内に備えられる上／下方向に移動可能なプレートを前記製作対象の３Ｄ形状に応じて位置調整しながら硬化工程を行うことができる。
【００１８】
他方、所定の容器に入っている前記光硬化ポリマー材料に対して前記分散型紫外線発光ダイオードを用いてフォトリソグラフィー（ｐｈｏｔｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方式で硬化工程を行う場合、前記光硬化ポリマー材料の上部に形成された製作対象の３Ｄ形状に応じたフォトマスク（ｐｈｏｔｏ  ｍａｓｋ）を介して前記硬化工程を行うが、前記容器内に備えられる上／下方向に移動可能なプレートを前記製作対象の３Ｄ形状に応じて位置調整しながら硬化工程を行うことができる。
【００１９】
前記直線紫外線発光ダイオードを介して所定の形状の光を放出するために、前記直線型紫外線発光ダイオードの光発生部位に所定の形状のレンズを取り付けることができる。
【００２０】
前記紫外線発光ダイオードをアーチ型、一字型および平面型のいずれか一つの形状に複数個連続的に結合するが、前記紫外線発光ダイオードから光が照射される領域に流入する基板上に備えられた光硬化ポリマー材料に対して硬化工程を行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の実施形態によれば、紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を様々な方式のプリント工程に適合するように配列および設計することにより、硬化工程段階への熱の発生を極力抑えることができるのはもちろんのこと、製品の生産性の向上、高品質の３次元立体映像の製作、３Ｄプリンターの低消費電力化／軽量化／小型化を図ることができ、活用分野の拡張による３Ｄプリンターの大衆化に寄与することができる。
【００２２】
本発明に係る理解を助けるために詳細な説明の一部として含まれる添付図面は、本発明に対する実施形態を提供し、詳細な説明と一緒に本発明の技術的思想を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る直線型／分散型紫外線発光ダイオードを示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る互いに異なる波長の光を放出する複数の紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るインクジェット方式のプリント工程に紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置の適用を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る材料噴射装置に装着した紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る材料噴射装置に装着した複数の紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置の光放出方向の調整を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置の選択的硬化工程を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る遮断用ケースが備えられた紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る電子ビーム方式の材料噴射装置に適用した紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るスプレー方式の材料噴射装置に適用した紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る直線型紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置のフォトリソグラフィー方式の硬化工程を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る分散型紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置のフォトリソグラフィー方式の硬化工程を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係るボールペン状の材料噴射装置に適用した紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る所定の模様のレンズ付きによる紫外線発光ダイオードからの放出光成形を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に係るアーチ型の紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、紫外線発光ダイオード（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＵＶ−ＬＥＤ）を用いた３Ｄプリンター用硬化装置に係り、具体的には、３Ｄプリント工程に適合するように配列および設計された、紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置に関する。
【００２５】
本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置は、インクジェット（ｉｎｋ−ｊｅｔ）、スクリュー（ｓｃｒｅｗ）、油圧（ｏｉｌ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）、空気圧（ａｉｒ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）、フォトリソグラフィー（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、マイクロリソグラフィー（ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、電子ビーム（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ）、ピストン（ｐｉｓｔｏｎ）、ペン（ｐｅｎ）、スプレー（ｓｐｒａｙ）などの様々な方式の材料噴射装置を用いたプリント工程に適用することができ、前記プリント工程の目的および前記材料噴射装置の形態や動作特性などを考慮して、前記紫外線発光ダイオードの種類（例えば、直線型または分散型）、数量、配列方法などを調整することにより、室温で熱が発生することなく、高速で硬化工程を行うことができる。
【００２６】
図１の（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の実施形態に係る直線型／分散型紫外線発光ダイオードを示す図である。
【００２７】
図１の（ａ）は、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードの平面図、図１の（ｂ）は、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードの側面図である。
【００２８】
図１の（ａ）および（ｂ）を参照すると、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードは、基板上に発光のために外部電源が印加される（＋）、（−）電極、および前記電極に電気的に接続される導電線（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｌｉｎｅ）を含んで実現することができるもので、具体的には、前記（＋）電極は、基板上に形成されたＮ型電極層にＰ型電極層を積層し、前記Ｐ型電極層上にＰ型接合部を形成して実現することができ、前記（−）電極は、前記Ｎ型電極層上にＮ型接合部を形成することにより実現することができる。
【００２９】
前記紫外線発光ダイオードは、前記（＋）、（−）電極に外部電源が印加されることにより、前記導電線で囲まれた部分を介して紫外線を発光することができ、前記紫外線の発光形態は、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置の使用目的ないし用途に適合するように直線型または分散型を適切に選択することができる。
【００３０】
また、前記紫外線発光ダイオードは、前記硬化装置の使用目的ないし用途に適合するように、横／縦１００ｎｍ〜１０００ｎｍの長さを有する様々なサイズに製作することができる。
【００３１】
図１の（ｃ）は、本発明の実施形態に係る直線型紫外線発光ダイオードの側面図、図１の（ｄ）は、本発明の実施形態に係る分散型紫外線発光ダイオードの側面図である。
【００３２】
図１の（ｃ）および（ｄ）を参照すると、直線型紫外線発光ダイオードは単一波長の紫外線を単一方向に放出し、分散型紫外線発光ダイオードは単一波長の紫外線を様々な方向に放出することができる。
【００３３】
前記紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置における前記紫外線発光ダイオードは、多様な方式の材料噴射装置を用いたプリント工程にこれを適用するにあたり、前記プリント工程の目的および前記材料噴射装置の形態、動作特性などを考慮して直線型または分散型を適切に選択することができるもので、例えば、材料噴射装置を介して噴射される光硬化ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）材料の特定の部分を高速で硬化させようとする場合には、直線型紫外線発光ダイオードの利用が好ましく、大面積硬化またはフォトマスク（ｐｈｏｔｏ  ｍａｓｋ）による特定の３次元形状製作目的の場合には、分散型紫外線発光ダイオードの利用が好ましい。
【００３４】
本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置は、目的に合致する立体形状の製作および高品質の立体形状の製作のために、前記紫外線発光ダイオードの光放出動作を制御することができるように製作できるものである。例えば、前記紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置は、前記紫外線発光ダイオードに形成された（＋）、（−）電極の外部電源印加を別の外部スイッチを介して自由にオン／オフすることができるように製作できる。
【００３５】
一方、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置は、様々な光硬化ポリマー材料の効果的な硬化工程を行うために、互いに異なる波長を放出する複数の紫外線発光ダイオードを連続的に配列して形成することができる。
【００３６】
図２は、本発明の実施形態に係る互いに異なる波長の光を放出する複数の紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【００３７】
図２を参照すると、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置２１の一部を拡大した部分に示すように、３８０ｎｍの光を放出する直線型（または分散型）紫外線発光ダイオード２３、および４２０ｎｍの光を放出する直線型（または分散型）紫外線発光ダイオード２５を連続的に配列することにより、様々な種類の光硬化ポリマー材料を用いたプリント作業の際に硬化工程の効果的な同時作業が可能である。
【００３８】
以下、前述した紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を、様々な方式の材料噴射装置によるプリント工程に適用した例について説明する。
【００３９】
図３の（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係るインクジェット方式のプリント工程に、紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を適用したことを示す図である。
【００４０】
図３の（ａ）を参照すると、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードが装着された３Ｄプリンター用硬化装置３１を、インクジェット方式の材料噴射装置の光硬化ポリマー材料噴射地点側面に基板とは接触しないように所定の間隔をおいて設置し、前記インクジェット方式の材料噴射装置の移動経路に沿って同じく移動し、前記基板上に水平な方向に所定の波長の紫外線を放出して硬化工程を行うことができる。
【００４１】
図３の（ｂ）を参照すると、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードが装着された３Ｄプリンター用硬化装置３３を、インクジェット方式の材料噴射装置と隣接して並設し、前記インクジェット方式の材料噴射装置の移動経路に沿って同じく移動し、前記基板上に垂直な方向に所定の波長の紫外線を放出して硬化工程を行うことができる。
【００４２】
前記紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置３１の紫外線発光ダイオード部分を拡大して上方から眺めた形状から分かるように、３Ｄプリント工程の目的に応じて単一波長を発生する直線型紫外線発光ダイオードまたは分散型紫外線発光ダイオードを適宜選択して硬化作業を行うことができる。
【００４３】
次に、スクリュー、空気圧、油圧、ピストン方式の材料噴射装置によるプリント工程に、前記紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を適用した例を統合して説明する。
【００４４】
図４の（ａ）は、本発明の実施形態に係るスクリュー方式の材料噴射装置に装着した紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【００４５】
図４の（ａ）に示すように、本発明の実施形態に係る直線型／分散型紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置４１−ａを、スクリュー方式の材料噴射装置４３−ａによるプリント工程に適用する場合、前記材料噴射装置４３−ａによって光硬化ポリマー材料が噴射され次第に硬化工程を高速で行い、簡便な方式で前記材料噴射装置４３−ａと同じ方向への移動を実現するために、好ましくは前記材料噴射装置４３−ａのノズルに形成された突出部４５−ａの下端に装着し、前記紫外線発光ダイオードが前記光硬化ポリマー材料の噴射地点を向かうように備えることができる。
【００４６】
図４の（ｂ）は、本発明の実施形態に係る空気圧方式の材料噴射装置に装着した紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【００４７】
図４の（ｂ）に示すように、本発明の実施形態に係る直線型／分散型紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置４１−ｂを、空気圧方式の材料噴射装置４３−ｂによるプリント工程に適用する場合、前記材料噴射装置４３−ｂを介して光硬化ポリマー材料が噴射され次第に硬化工程を高速で行い、簡便な方式で前記材料噴射装置４３−ｂと同じ方向への移動を実現するために、好ましくは、前記材料噴射装置４３−ｂのノズルに形成された突出部４５−ｂの下端に装着し、前記紫外線発光ダイオードが前記光硬化ポリマー材料の噴射地点を向かうように備えることができる。
【００４８】
図４の（ｃ）は、本発明の実施形態に係る油圧方式の材料噴射装置に装着した紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【００４９】
図４の（ｃ）に示すように、本発明の実施形態に係る直線型／分散型紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置４１−ｃを、油圧方式の材料噴射装置４３−ｃによるプリント工程に適用する場合、前記材料噴射装置４３−ｃによって光硬化ポリマー材料が噴射され次第に硬化工程を高速で行い、簡便な方式で前記材料噴射装置４３−ｃと同じ方向への移動を実現するために、好ましくは、前記材料噴射装置４３−ｃのノズルに形成された突出部４５−ｃの下端に装着し、前記紫外線発光ダイオードが前記光硬化ポリマー材料の噴射地点を向かうように備えることができる。
【００５０】
図４の（ｄ）は、本発明の実施形態に係るピストン方式の材料噴射装置に装着した紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【００５１】
図４の（ｄ）に示すように、本発明の実施形態に係る直線型／分散型紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置４１−ｄを、ピストン方式の材料噴射装置４３−ｄによるプリント工程に適用する場合、前記材料噴射装置４３−ｄによって光硬化ポリマー材料が噴射され次第に硬化工程を高速で行い、簡便な方式で前記材料噴射装置４３−ｄと同じ方向への移動を実現するために、好ましくは、前記材料噴射装置４３−ｄのノズルに形成された突出部４５−ｄの下端に装着し、前記紫外線発光ダイオードが前記光硬化ポリマー材料の噴射地点を向かうように備えることができる。
【００５２】
図４の（ａ）〜（ｄ）で説明した前記スクリュー、空気圧、油圧、ピストン方式の材料噴射装置に装着した紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置は、使用する光硬化ポリマー材料の波長特性に応じて紫外線発光ダイオードから発生する光の波長を決定することができるもので、様々な異なる波長特性を有する光硬化ポリマー材料を使用するプリント工程の場合、互いに異なる波長の光を発生する紫外線発光ダイオードの数量および配列を適切に調整して設計することにより、硬化工程を効率よく行うことができる。もちろん、プリント工程の目的に応じて前記紫外線発光ダイオードの種類、例えば直線型／分散型を適切に選択することができる。
【００５３】
また、前記材料噴射装置に、複数の前記紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を装着することにより、プリント工程の目的ないし状況に適合するように様々な角度から様々な波長の光照射を行うことができるように製作することができる。
【００５４】
図５は、本発明の実施形態に係る材料噴射装置に装着した複数の紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【００５５】
図５を参照すると、スクリュー、空気圧、油圧、ピストン方式の材料噴射装置５３などに装着される複数の紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置５１を拡大表示した部分から確認できるように、前記材料噴射装置５３に複数の硬化装置５１を備え、前記硬化装置５１の動作制御によって選択的に光を放出することにより、様々な角度／距離から様々な波長の光を照射して効果的な硬化作業を行うことができる。
【００５６】
一方、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置は、光硬化ポリマー材料の噴射前に、前記３Ｄプリンター用硬化装置の作動による光散乱作用に伴う前記光硬化ポリマー材料のノズル内の硬化現象の発生を防止するのはもちろんのこと、効果的な硬化作業を行うために、前記３Ｄプリンター用硬化装置の光放出方向を適切に調節することができるように製作できる。また、前記光硬化ポリマー材料の噴射が行われる間のみ光を放出するように製作して、前記光散乱作用を最小限に抑えるように製作することができ、前記光散乱作用からノズル内の光硬化ポリマー材料を保護するために、別の遮断用ケースを設置することができる。
【００５７】
図６は、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置の光放出方向の調整を示す図である。
【００５８】
図６を参照すると、スクリュー、空気圧、油圧、ピストン方式の材料噴射装置６３などに装着され、前記材料噴射装置６３から基板上に噴射される光硬化ポリマー材料の硬化工程を行う紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置６１は、前記光硬化ポリマー材料の噴射前に、前記硬化装置６１の作動に起因する光放出による光散乱作用に伴うノズル内の硬化現象発生を防止するのはもちろんのこと、効果的な硬化作業のために前記硬化装置６１の光放出方向を適切に調節することができるように製作することができる。
【００５９】
例えば、硬化工程が行われる部分を拡大して表示した部分から確認できるように、前記硬化装置６１における紫外線発光ダイオード６５が形成された部分を外部からの調節によって移動することができるように製作することにより、前記紫外線発光ダイオード６５から放出される光の方向を効果的に調節することができる。このとき、前記紫外線発光ダイオード６５が形成された部分の外部調節は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラまたはレーザーセンサーを備えることにより、前記紫外線発光ダイオード６５の位置をコンピュータを用いて空間座標化し、これに基づいて移動座標を指定する方式で前記紫外線発光ダイオード６５の移動を制御することができる。この場合、前記紫外線発光ダイオード６５は、光放出方向を適切に制御するために直線型に製作することが好ましい。
【００６０】
図７は、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置の選択的硬化工程を示す図である。
【００６１】
図７を参照すると、スクリュー、空気圧、油圧、ピストン方式の材料噴射装置７３などに装着される紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置７１は、光散乱作用による光硬化ポリマー材料の噴射前のノズル内の硬化を最小限に抑え、硬化工程に伴う無駄な電力消費を防止するために、材料噴射装置７３から光硬化ポリマー材料が噴射される間のみ光を放出するように製作することができる。
【００６２】
例えば、材料噴射装置７３が光硬化ポリマー材料を対象噴射地点に噴射する間に、前記硬化装置７１の紫外線発光ダイオードを介して光が放出され、前記材料噴射装置７３が光硬化ポリマー材料の噴射を完了し、次の対象噴射地点へ移動する間には、前記硬化装置７１の紫外線発光ダイオードを介して光が放出されないように制御し、前記材料噴射装置７３の次の対象噴射地点への移動を完了して、光硬化ポリマー材料の噴射の際に前記硬化装置７１はさらに光を放出することができるように制御することができる。
【００６３】
図８は、本発明の実施形態に係る遮断用ケースが備えられた紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【００６４】
図８を参照すると、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置８１は、光散乱作用による光硬化ポリマー材料の噴射前のノズル内の硬化を最小限に抑えるために、前記光の散乱を遮断する別の遮断用ケース８５を前記光硬化ポリマー材料の噴射開始地点に隣接して備えることができ、特に、前記遮断用ケース８５は、スクリュー、空気圧、油圧、ピストン方式の材料噴射装置８３などに装着される複数の前記紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置８１による硬化作業の際に、様々な角度から発生する光散乱作用によるノズル内への光の流入を遮断することに効果的である。
【００６５】
具体的に、前記遮断用ケース８５は、前記材料噴射装置８３から前記光硬化ポリマー材料が噴射されるようにホールを設けるが、前記ホールを光硬化ポリマー材料の噴射開始地点に隣接して所定の厚さに形成することにより、前記光硬化ポリマー材料が噴射される方向を除いた残りの方向からの光の流入を遮断することができるように製作できるもので、例えば、前記光硬化ポリマー材料の噴射開始地点に、前記光硬化ポリマー材料が噴射できる最小サイズのホールが設けられた所定の厚さのアーチ型ケースとして実現することができる。
【００６６】
図９は、本発明の実施形態に係る電子ビーム方式の材料噴射装置に適用した紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【００６７】
図９を参照すると、パウダー（ｐｏｗｄｅｒ）状の光硬化ポリマー材料を基板上に噴射する電子ビーム方式の材料噴射装置９３の上端に設けられ、コンピュータ制御装置によって光の発生が制御される紫外線発光ダイオードを用いた硬化装置９１は、前記硬化装置９１を拡大した部分から確認できるように、プリント工程の目的に応じて前記紫外線発光ダイオードの発光形態を直線型または分散型に適宜選択して備えることができ、前記コンピュータ制御装置によって、前記材料噴射装置９３からパウダー状の材料が噴射される間に前記硬化装置９１の紫外線発光ダイオードを介して光が放出されるように制御する過程で、前記基板上に所定の３Ｄ形状を製作することができる。
【００６８】
図１０の（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係るスプレー方式の材料噴射装置に適用した紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【００６９】
具体的に、図１０の（ａ）は、本発明の実施形態に係るスプレー方式の材料噴射装置に適用した紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置の側面図、図１０の（ｂ）は、前記硬化装置の斜視図である。
【００７０】
図１０の（ａ）および（ｂ）を参照すると、霧（ｍｉｓｔ）状の光硬化ポリマー材料を基板上に噴射するスプレー方式の材料噴射装置１０３と同じ装備固定対象に隣接して備えられる紫外線発光ダイオードを用いた硬化装置１０１は、前記硬化装置１０１を拡大した部分から確認できるように、プリント工程の目的に応じて前記紫外線発光ダイオードの発光形態を直線型または分散型に適切に選択することができ、前記材料噴射装置１０３のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸への移動発生の際に前記材料噴射装置１０３の移動経路に沿って同じく動きながら硬化工程を行うことができる。
【００７１】
このとき、効果的な硬化工程のために、前記硬化装置１０１は、前記材料噴射装置１０３から光硬化ポリマー材料の噴射が行われる間に紫外線発光ダイオードを介して光を放出するように制御するが、好ましくは、前記材料噴射装置１０３の材料噴射開始時点が前記紫外線発光ダイオードからの光放出開始時点よりも先に実現できる。
【００７２】
図１１の（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る直線型紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置のフォトリソグラフィー方式の硬化工程を示す図である。
【００７３】
具体的に、図１１の（ａ）は、本発明の実施形態に係る直線型紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置によるフォトリソグラフィー方式の硬化工程を示す側面図、図１１の（ｂ）は、前記硬化工程を示す斜視図である。
【００７４】
図１１の（ａ）および（ｂ）を参照すると、本発明の実施形態に係る直線型紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置１１１をＸ軸またはＹ軸に移動させる過程、および前記紫外線発光ダイオードからの光放出の有無の制御過程を介して、所定の容器に入っている光硬化ポリマー材料の特定の部位に選択的に光を照射することができる。このとき、立体感付与による３Ｄ形状の製作のために、前記光硬化ポリマー材料内にＺ軸移動プレートを備え、前記Ｚ軸移動プレートを製作しようとする３Ｄ形状に応じてＺ軸方向に適切に移動させる過程、および前記紫外線発光ダイオードからの光放出の有無を制御する過程を介して、前記Ｚ軸移動プレート上に所定の３Ｄ形状を製作することができる。
【００７５】
図１２の（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る分散型紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置のフォトリソグラフィー方式の硬化工程を示す図である。
【００７６】
具体的に、図１２の（ａ）は、本発明の実施形態に係る分散型紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置によるフォトリソグラフィー方式の硬化工程を示す側面図、図１２の（ｂ）は、前記硬化工程を示す斜視図である。
【００７７】
図１２の（ａ）および（ｂ）を参照すると、本発明の実施形態に係る分散型紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置１２１を、所定の容器に入っている光硬化ポリマー材料の上端に備え、前記硬化装置１２１と前記光硬化ポリマー材料との間に、製作しようとする３Ｄ形状に応じたフォトマスクを設置する。このとき、立体感を表現するために、前記光硬化ポリマー材料内にＺ軸移動プレートを備え、前記Ｚ軸移動プレートを、製作しようとする３Ｄ形状の厚さに応じてＺ軸方向に適切に移動させる過程、および前記紫外線発光ダイオードからの光放出の有無を制御する過程を介して、前記Ｚ軸移動プレート上に所定の３Ｄ形状を製作することができる。
【００７８】
図１３は、本発明の実施形態に係るボールペン状の材料噴射装置に適用した紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【００７９】
図１３を参照すると、本発明の実施形態に係るボールペン状の材料噴射装置１３３は、所定のボタンまたはパッドのタッチまたは押圧などの動作に応じて作動して、前記動作が持続する間に、光硬化ポリマー材料を前記ボールペン状の材料噴射装置１３３の先端に設けられた所定のサイズのホールを介して噴射することができる。
【００８０】
このとき、紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置１３１を、前記光硬化ポリマー材料が噴射されるボールペン状の材料噴射装置１３３の先端に隣接して装着するが、前記紫外線発光ダイオードの光放出方向が前記光硬化ポリマー材料の噴射地点を向かうように製作することができ、好ましくは、ボールペンの使用上の特性を考慮して前記ボールペン状の材料噴射装置１３３の先端の周りに沿って、複数の紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置１３１を備えることができる。
【００８１】
前記硬化装置１３１は、図示してはいないが、前記ボールペン状の材料噴射装置１３３に装着された所定のスイッチを介して手動で光放出動作の有無を制御することができるように製作できるのはもちろんのこと、好ましくは、前記ボールペン状の材料噴射装置１３３を介して光硬化ポリマー材料が噴射される時点にのみ選択的に自動光放出動作するように製作できる。
【００８２】
一方、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置は、前記紫外線発光ダイオードを介して光が放出される部位に、所定の模様が刻まれたレンズを取り付けて特定の形状の光を放出することができる。
【００８３】
図１４の（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る所定の模様のレンズ付きによる紫外線発光ダイオードからの放出光成形を示す図である。
【００８４】
図１４の（ａ）および（ｂ）を参照すると、直線型紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置１４１の前記直線型紫外線発光ダイオードの光放出部位に、所定の模様が刻まれたレンズ１４３を取り付けることにより、前記レンズ１４３に刻まれた模様に応じて発生光を成形して放出することができ、これを用いて所定の模様の３Ｄ形状の製作を簡便な方式で行うことができるのはもちろんのこと、特定の部分にさらに精密な光照射を行うことができるため、硬化工程の機能を大きく改善することができる。
【００８５】
一方、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置は、前記紫外線発光ダイオードをアーチ型に製作して簡便な方式で多角度の硬化作業を同時に行うことができるように製作することができる。
【００８６】
図１５の（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係るアーチ型の紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置を示す図である。
【００８７】
具体的に、図１５の（ａ）は、本発明の実施形態に係るアーチ型の紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置の側面図、図１５の（ｂ）は、前記硬化装置による硬化工程を示す斜視図である。
【００８８】
図１５の（ａ）および（ｂ）を参照すると、本発明の実施形態に係る直線型または分散型紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置１５１は、前記紫外線発光ダイオードを連続的に結合してアーチ型に製作するが、前記アーチの内側方向に光が放出できるように、アーチの壁面に沿って前記紫外線発光ダイオードを連続的に結合して製作することにより、前記アーチ型紫外線発光ダイオードの内側を通過するプレート上の光硬化ポリマー材料を多角度から同時に硬化作業することができ、これにより３Ｄ形状製作の生産性を大幅に向上させることができる。
【００８９】
他方、本発明の実施形態に係る紫外線発光ダイオードを用いた３Ｄプリンター用硬化装置は、前記紫外線発光ダイオードを一般的に使用されるプリンターの硬化装置と同一／類似の形状に製作して、既存のプリント方式で３Ｄプリント作業を行えるように製作できるもので、例えば、前記紫外線発光ダイオードを連続的に結合して一字型または平面型に製作するが、前記一字型または平面型の内側ないし一側方向に光が放出できるように製作することにより、前記プリンターの動作により流入する基板上の光硬化ポリマー材料を広範囲な領域にわたって同時に硬化作業することができる。
【００９０】
以上の説明は、本発明の技術的思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で様々な修正および変形を加えることが可能であろう。
【図１】
2016526495.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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