KR100563469B1 - 쾌속조형물에 투명도를 부여하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쾌속조형장비인 FDM으로 제작된 불투명한 ABSi 시작품에 적절한 후가공 처리를 실시하여 반투명의 ABSi 시작품을 제작하기 위한 것이다.

본 발명은 ABSi로 만든 형상을 후처리하여 투명도를 향상시킴으로써 반투명 플라스틱 제품의 시작품을 만들 수 있을 뿐 아니라 완성품에 보다 가까운 시제품을 쾌속 조형으로 제작할 수 있는 장점이 있다.

RP, FDM, 반투명, 침투, 쾌속조형

Description

쾌속조형물에 투명도를 부여하는 방법{Method for increasing the transmissivity of Rapid prototyping material}

도 1은 본 발명에 따른 쾌속조형물에 투명도를 부여하는 방법을 예시하기 위한 공정도이다.

도 2는 쾌속조형장비인 FDM으로 제작된 불투명한 ABSi 시작품의 단면도를 확대하여 촬영한 사진이다.

도 3은 본 발명의 방법에 따른 쾌속조형장비인 FDM으로 제작된 불투명한 ABSi 시작품과 이를 후가공에 의해서 수지와 색소를 침투시킨 시작품을 촬영한 사진이다.

도 4는 ABSi 시작품에 대해 후가공을 수행한 후의 투명도의 변화를 보여주기 위한 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 ---- RP공정 11 ---- ABSi 시작품

12 ---- 수지 13 ---- 용기

14 ---- 열 15 ---- 진공펌프

16 ---- 공기 17 ---- 건조후 표면처리된 시작품

18 ---- 반투명 시작품 19 ---- 시작품이 결합된 제품사진

본 발명은 쾌속조형물에 투명도를 부여하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 쾌속조형 또는 신속제작(Rapid Prototyping : RP)으로 제작된 제품에 적절한 후가공을 통하여 광학적인 투과율을 증가시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.

RP(Rapid Prototyping)는 컴퓨터로 만들어진 3차원 형상모델의 기하학적 자료로부터 그 물리적인 모형형상을 신속하게 조형해 내는 것으로 주어진 설계 제품의 수학적 모델을 빠른 시간 안에 물리적인 모형으로 재현해내는 기술로서, 보통 '쾌속조형기술'이라고 한다. 그리고, 대표적인 RP 장비로는 Z402, SLS(Selective Laser Sintering), SLA(StereoLithographic Apparatus), FDM(Fused Deposition Modeling), LOM(Laminated Object Manufacturing), E-DARTS 등이 있다. 이 중에서, FDM은 노즐을 통해 와이어 형태의 소재가 적층되게 하는 장비로서, 필라멘트 선으로 된 열가소성 물질, 예를 들면 ABS, 폴리아미드를 노즐 안에 녹이며 얇게 필름 형태로 고화 시키면서 적층 시키는 장비로 알려져 있다.

이러한 쾌속조형기술은 설계된 제품 형상의 기하학적인 구조나 반복성에 전혀 구애받지 않고, 그 어떤 제품형상도 조형이 가능하다는 이유로 최근에는 상상할 수도 없는 복잡한 제품 형상의 신속한 모형제작은 물론 실리콘 몰드 및 주물도 제작이 가능하게 되었다.

특히, 최근에는 반투명 또는 투명한 부품의 사용이 증가되면서 제품의 개발과정에서 쾌속 조형으로 제작되는 시작품에 투명도를 부여하여 완성품에 보다 가깝게 제작하려는 시도가 있고, 더 나아가 색소를 투입하여 다양한 색상의 시작품을 제작하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

이에 본 발명은 쾌속조형 또는 신속제작으로 제작된 시작품에 간단한 후가공을 통해서 거의 불투명한 제품에 투명도를 부여할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 쾌속조형장비인 FDM으로 제작된 불투명한 ABSi 시작품에 적절한 후가공 처리를 실시하여 반투명의 ABSi 시작품을 제작하기 위한 것으로, 본 발명에서의 후가공 처리는 상기 불투명한 ABSi 시작품에 열을 가하고, 진공펌프를 이용하여 공기를 제거한 후 아크릴 수지 또는 그와 유사한 종류의 수지를 침투시키고, 건조 및 표면 처리하는 것으로 이루어진다.

본 발명에 따르면, ABSi 시작품에 다양한 색상의 부여는 상기 수지에 안료 또는 염료를 넣어서 수지와 색소를 함께 침투시키는 것에 의해 달성할 수 있다.

이하 본 발명을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 중 도 1은 본 발명에 따른 쾌속조형물에 투명도를 부여하는 방법을 예시하기 위한 공정도이다.

도 1에 의하면, 본 발명은 RP공정(10)에 의해 쾌속조형장비인 FDM을 사용해서 불투명한 ABSi 시작품(11)을 제작하고, 다음에 제작된 불투명한 ABSi 시작품이 잠길 만큼의 수지(12)를 용기(13)에 붓고, 시작품(11)을 담근 후에, 열(14)을 가하고, 진공펌프(15)를 작동시키면, 상기 시작품(11) 내부의 미세조직에 존재하는 공기(16)가 빠져나가면서 수지(12)의 점성으로 침투되기 어려운 작은 틈까지 빈틈없이 침투되게 된다.

수지(12)가 완전히 침투된 후 진공펌프(15)를 멈추고 시작품(11)을 꺼내어 25 내지 35℃의 온도를 유지하고 있는 오븐에 넣고, 표면이 건조될 때까지 약 5분 내지 15분 정도 건조시킨 후 상온에서 자연 건조시킨다. 완전히 건조가 되면 사포(CC-600Cw)로 계단효과에 의한 시작품의 거친 표면을 연삭하고, 한번 더 사포(CC-1000Cw)로 표면처리를 한다. 부호 17은 건조 후 표면처리(연삭)된 시작품이다.

본 발명에서 사용하는 아크릴 수지는 플라스틱 소재에 사용하여 퇴색방지 및 소재보호를 목적으로 하는 일액 용제형 자외선 차단 투명도료이다. 이들 성분은 특수 변성 아크릴 수지 용액 55 내지 65중량%, 첨가제 10 내지 15중량%, 방향족계 용제 25 내지 30중량%의 혼합물로 구성되어 있다.

별도로, 시작품에 색소를 부여하고자 할 경우에는 원하는 색상의 안료 또는 염료를 상기 아크릴 수지와 골고루 섞어서 함께 침투시키면 되며, 상기 색소의 투입량에 따라 색깔의 진한 정도가 달라지고 또한 투명도에도 영향을 주기 때문에 투명도를 어느 정도 유지하는 선에서 투입량을 결정하는 것이 바람직하다.

도 1에서 부호 18은 상기 후가공 공정에 의해서 수지의 침투가 완료된 반투명한 ABSi 시작품이며, 부호 19는 상기 반투명한 시작품이 실제로 제품에 결합된 모습을 촬영한 사진이다.

본 발명에 따르면, 쾌속조형장비인 FDM으로 제작된 ABSi 시작품을 거의 불투명한 상태에서 적절한 후처리 공정을 통하여 반투명의 ABSi를 만드는 바, 후처리는 투과율의 향상을 위해 부가적으로 시험한 공정을 말하며, 상기한 바와 같이 온도 조건을 주고, 진공 펌프를 이용하여 수지를 침투시키게 되면 ABSi 필라멘트 사이의 빈 공간 속으로 수지가 침투하여 공기에 의한 빛의 산란 현상이 줄어들게 되고, 빛이 하나의 물질을 투과하는 효과를 얻게 된다.

그 다음에 표면처리를 통해서 표면에서의 빛의 산란을 줄이는 것에 의해 투과율 상승 효과도 추가로 얻을 수 있다.

첨부 도면 중 도 2는 쾌속조형장비인 FDM으로 제작된 불투명한 ABSi 시작품의 단면도를 확대하여 촬영한 사진으로서, 가장 왼쪽의 사진은 수지가 침투하기 전의 단면확대사진이고, 중앙의 사진은 수지가 침투중일 때의 단면확대사진이며, 가장 오른쪽의 사진은 수지가 침투한 후의 단면확대사진이다.

첨부도면 중 도 3은 본 발명의 방법에 따른 쾌속조형장비인 FDM으로 제작된 불투명한 ABSi 시작품과 이를 후가공에 의해서 수지와 색소를 침투시킨 시작품을 촬영한 사진이다. 즉, 도 3에서 좌측의 사진은 FDM 시작품이고, 우측사진은 후가공에 의해 수지와 색소가 침투한 시작품을 촬영한 사진이다.

본 발명의 방법에 의해서, 쾌속조형장비인 FDM으로 제작된 불투명한 ABSi 시작품에 적절한 후가공 처리를 실시하여 반투명의 ABSi 시작품을 제작하였을 때의 투명도 향상 정도를 알아보기 위해서, UV/VIS/NIR 스펙트로미터를 이용하여 후처리 전ㆍ후의 시작품의 광학적 투과율을 800 내지 400 nm의 범위에서 측정하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4는 ABSi 시작품에 대해 후가공을 수행한 후의 투명도의 변화를 보여주기 위한 그래프로서,

는 후가공 전의 시작품의 투과율이고,

는 시작품에 수지가 침투된 후의 투과율이며,

는 시작품에 수지가 침투한 후 표면처리한 후이 투과율을 나타낸 것이다.

도 4에 의하면, 수지 침투후 투과율이 약 6 내지 9％ 정도 향상되었고, 추가로 표면처리(연삭)를 수행한 후에는 약 14 내지 16％의 투과율 향상 효과를 얻었다. 도 2에서 에어 갭(air gap)이라 함은 FDM의 노즐을 통해서 나오는 와이어 형태의 적층되는 소재들간의 간격을 말하는 바, 에어 갭이 -0.003 인치인 경우는 시편의 내부에 공간이 없어 수지가 시작품의 내부에 거의 침투하지 못하여 투과율 향상은 적었음을 알 수 있다. 이 결과로 수지 침투가 투과율에 많은 영향을 준다는 것을 알 수 있었다.

FDM은 불투명한 재료를 적층하여 시작품을 생산하게 되는 장비로서, 본 발명에 의하면, ABSi로 만든 형상을 후처리하여 투명도를 향상시킴으로써 반투명 플라스틱 제품의 시작품을 만들 수 있을 뿐 아니라 완성품에 보다 가까운 시제품을 쾌속 조형으로 제작할 수 있는 장점이 있다.

또한, 후처리 과정에서 수지에 색소를 첨가함으로써 다양한 색상의 반투명 제품도 제작할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 쾌속조형장비인 FDM으로 제작된 불투명한 ABSi 시작품에 열을 가하고, 진공펌프를 이용하여 상기 시작품 내부의 미세조직에 존재하는 공기를 빼내면서 아크릴 수지 또는 그와 유사한 종류의 수지를 그의 점성을 이용해서 상기 시작품 내부에 침투시키고, 건조 및 표면 처리하는 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 쾌속조형물에 투명도를 부여하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 아크릴 수지는 특수 변성 아크릴 수지 용액 55 내지 65중량%, 첨가제 10 내지 15중량%, 방향족계 용제 25 내지 30중량%의 혼합물로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 쾌속조형물에 투명도를 부여하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 건조는 수지가 완전히 침투된 후 진공펌프를 멈추고 시작품을 꺼내어 25 내지 35℃의 온도를 유지하고 있는 오븐에 넣고, 표면이 건조될 때까지 약 5분 내지 15분 정도 건조시킨 후 상온에서 자연 건조시켜서 되는 것을 특징으로 하는 쾌속조형물에 투명도를 부여하는 방법.

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