KR101111283B1

KR101111283B1 - 3차원 서페이스 인쇄장치

Info

Publication number: KR101111283B1
Application number: KR1020100035513A
Authority: KR
Inventors: 박화성
Original assignee: (주)지오메디칼
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2012-02-22
Also published as: KR20110115909A; WO2011129480A1

Abstract

본 발명은 전사인쇄 필름 등과 같은 인쇄대상물에 레이저프린터를 이용하여 평면 이미지를 인쇄한 다음 3차원 서페이스 성형장치로 콘택트렌즈와 같은 3차원의 입체 형상에 부합하는 3차원 형상을 성형함으로써, 콘택트렌즈 등의 3차원 입체 형상을 갖는 제품에 원하는 이미지를 전사인쇄(decal comania)할 수 있도록 한 3차원 서페이스 인쇄장치에 관한 것이다.
즉, 레이저 빔을 드럼에 주사하여 인쇄하고자 하는 이미지를 형성하는 레이저 스캐닝 유닛과; 상기 레이저 빔 주사로 이온화된 이미지 형성부위에 마이너스로 대전된 토너가 흡착되는 드럼과; 상기 드럼에 흡착된 토너가 이미지 형상 그대로 옮겨 붙는 인쇄대상물과; 상기 인쇄대상물의 이미지 형상에 부합하는 기초성형부가 구비되어 이동하는 인쇄대상물의 이미지 형상이 기초성형부와 일치되면 기초성형부에 인쇄대상물의 이미지가 그대로 흡착성형되도록 진공과 정전기 및 열을 가하면서 3차원 입체 형상을 기초성형하고 이 상태에서 그대로 전진이동을 하는 기초성형몰드와; 상기 기초성형몰드가 전진이동하여 프레싱 가능한 위치에 놓이면 기초성형부에 대응하는 서페이스 성형부가 기초성형성부에 흡착된 인쇄대상물의 이미지 부위를 프레싱하여 3차원 입체 형상을 성형하는 3차원 서페이스 성형몰드를; 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치.

Description

3차원 서페이스 인쇄장치{PRINTING DEVICE OF THREE DIMENSIONAL SURFACE}

본 발명은 전사인쇄 필름 등과 같은 인쇄대상물에 레이저프린터를 이용하여 평면 이미지를 인쇄한 다음 3차원 서페이스 성형장치로 콘택트렌즈 등과 같은 3차원의 입체 형상에 부합하는 3차원 형상을 성형함으로써, 콘택트렌즈 등의 3차원 입체 형상을 갖는 제품에 원하는 이미지를 전사인쇄(decal comania)할 수 있도록 한 3차원 서페이스 인쇄장치에 관한 것이다.

레이저프린터(laser printer)는, 원 명칭이 LBP(laser beam printer)인 전자사진방식으로 인쇄하는 인쇄기로서 그 작동원리를 살펴보면 도 1에 도시된 바와 같이 컴퓨터에서 인쇄명령을 내리면 컴퓨터에서 인쇄하고자 하는 이미지 그대로를 프린터 내부에 있는 드럼이라는 곳에 레이저 빔을 주사하여 똑같이 그려낸다.

그러면 드럼의 레이저를 맞은 부분은 약한 정전기를 띄게 되며 원통형으로 생긴 이 드럼이 회전하면서 검은 가루로 된 토너를 스치면 레이저 빔이 주사되어 정전기를 띄게 된 부분만 토너 가루가 묻게 된다. 그리고 이 상태에서 종이가 급지 되면 종이와 드럼의 정전기 차이로 인해 토너 가루가 종이로 옮겨 붙게 되며, 이때 토너 가루가 떨어지지 않도록 다림질하듯이 열로 눌러주면 종이에 토너 가루가 완전히 정착된 인쇄물이 출력된다.

그러나 레이저프린터는 평면 인쇄만 가능하므로 현재 복잡한 3차원적인 물품의 표면을 장식한 방법으로는 수압전사가 유일하며, 골프공과 같은 경우는 오프셋인쇄(offset-printing)의 일종인 스탬프(stamp)인쇄를 이용하여 인쇄하고 있으나, 스탬프인쇄의 경우 한번에 한가지 색밖에 인쇄하지 못하는 단점이 있어 여러 가지 컬러 인쇄를 하기 위해서는 여러 번의 인쇄과정을 거쳐야 하는 번거로움이 있다.

수압전사는, 수용성 필름상에 비수용성 인쇄 패턴을 갖는 수압전사 필름을 전사조 내의 수면위에 띄워놓고, 이 수압전사 필름의 수용성 필름을 물로 습윤시킨 다음 피전사체를 수압 전사필름의 인쇄패턴에 접촉시키면서 전사층 내의 물속에 밀어 넣고, 수압을 이용하여 수압전사 필름의 인쇄패턴을 피전사체의 표면에 전사해서 장식층을 형성한다.

수압전사 필름은 수용성 필름상에 인쇄패턴이 인쇄되어 건조되고 롤 형상으로 감겨 보관되어 있기 때문에, 인쇄패턴의 잉크는 부착성을 잃은 건조로 수압전사 전에 수압전사 필름상의 인쇄패턴에 활성제나 시너 등의 용제를 도포해서 인쇄패턴을 인쇄 직후와 같은 습윤상태 즉, 부착성을 갖는 상태로 되돌려야 하며, 이 처리는 통상 활성화처리라고 한다. 이와 같이 수압전사에 의해서 물품의 표면에 형성된 장식층에 내마모성, 내용제성, 내약품성, 내후성 등의 기계적, 화학적인 표면 보호기의 기능을 부여하기 위해서, 통상적으로 장식층의 상부에는 투명한 표면 보호층의 상부 코팅층이 형성된다.

한편, 인쇄에 관련하여 대한민국 특허등록 제0311702호에는 『화상 가열 장치에 있어서, 긴 형상의 세라믹 기판 및 이 기판상에 마련되고 전력원에 의해 열을 발생하도록 구성되고 기판의 종 방향으로 각각 상이한 열 발생 분포를 갖는 다수의 발열 부재를 구비한 가열체와, 화상을 담지하는 기록 재료에 접촉하게 되는 필름을 포함하고, 상기 기록 재료상의 화상은 가열체로부터의 열에 의해 발열 부재가 마련된 가열체 표면의 반대쪽 표면에 접촉한 필름을 거쳐 가열되는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치』에 관한 기술이 게시되어 있다.

대한민국 특허등록 제0429749호에는 『금속층 및 이미드화 백분률이 70% 내지 93%인 폴리이미드 수지층을 포함함을 특징으로 하는 적층 필름』에 관한 기술이 게시되어 있다.

대한민국 공개특허공보 제2003-0023397호에는 『기재 필름 위에 토너 수용층이 코팅되어 있는 레이저 빔 프린터용 투명 필름에 있어서 상기 토너 수용층은 열가소성 고분자 사이로 다음 화학식 1로 표시되는 수용성 고분자가 가교반응되어 부분적 상호침투망목 구조가 형성된 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 프린터용 투명 필름』에 관한 기술이 게시되어 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-0081600호에는 『가압 부재; 상기 가압 부재와 닙을 형성하는 필름; 상기 닙에 인접하게 위치한 히터; 및 상기 닙에 대응하여 상기 필름을 탄성적으로 지지하는 닙 스프링; 을 구비하는 이미지 정착장치』에 관한 기술이 게시되어 있다.

그러나 레이저프린터는 속도가 빠르고 다양한 색상을 종이 등과 같은 평면으로 된 인쇄대상물에 인쇄할 수 있다는 장점은 있으나 3차원 입체형상의 인쇄가 불가능하고, 수압전사는 3차원 입체형상에 전사인쇄가 가능한 장점은 있으나 복잡한 인쇄장비를 구비해야 하는 단점이 있는바, 해당 기술분야에서는 레이저프린터 기술을 이용하여 필름과 같은 인쇄대상물에 3차원 입체형상을 간편하게 성형할 수 있는 3차원 서페이스 인쇄장치의 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로, 레이저프린터로 인쇄대상물에 이미지를 인쇄하고 기초성형몰드로 기초성형한 다음 서페이스 성형몰드로 인쇄대상물의 이미지를 프레싱하여 3차원 형상을 간편하게 성형할 수 있도록한 3차원 서페이스 인쇄장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 레이저프린터를 이용하여 인쇄대상물에 이미지를 인쇄한 다음 기초성형몰드로 인쇄대상물의 이미지를 진공흡착 성형하여 3차원 형상을 간편하게 성형할 수 있는 3차원 서페이스 인쇄장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 레이저프린터를 이용하여 인쇄대상물에 이미지를 인쇄한 다음 정착롤러로 인쇄대상물의 이미지를 가압하여 3차원 형상을 간편하게 성형할 수 있도록 한 3차원 서페이스 인쇄장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 형상기억고분자로 이루어진 인쇄대상물을 투입하여 3차원 형상을 성형할 수 있도록 한 3차원 서페이스 인쇄장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 3차원 입체형상 성형과정에서 진공과 정전기 및 열을 가하여 3차원 성형이 원활히 이루질 수 있도록 한 3차원 서페이스 인쇄장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 레이저 스케닝 유닛은, 입체 이미지 보정장치에 의해 제어되어 이미지의 오차 보정을 거친 이미지가 드럼에 그려지도록 레이저 빔을 주사함으로써, 2차원 이미지가 인쇄된 인쇄대상물로 3차원 성형을 할 때 발생하는 위치 오차를 보정 정밀한 3차원 인쇄 성형물을 획득할 수 있도록 한 3차원 서페이스 인쇄장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 입체 이미지 보정장치는, 등각 사상을 각 요소에 적용하고 서로 조합하여 2차원 평면 이미지를 획득할 수 있도록 한 3차원 서페이스 인쇄장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 컴퓨터에서 인쇄명령을 내리면 레이저 빔을 드럼에 주사하여 인쇄하고자 하는 이미지를 형성하는 레이저 스캐닝 유닛과; 상기 레이저 빔 주사로 이온화된 이미지 형성부위에 마이너스로 대전된 토너가 흡착되는 드럼과; 상기 토너가 흡착된 드럼을 통과하면서 드럼의 압력에 의해 드럼에 흡착된 토너가 이미지 형상 그대로 옮겨 붙는 인쇄대상물과; 상기 드럼을 통과한 인쇄대상물의 진행방향 쪽에 설치되는 것으로서, 인쇄대상물의 이미지 형상에 부합하는 기초성형부가 구비되어 이동하는 인쇄대상물의 이미지 형상이 기초성형부와 일치되면 기초성형부에 인쇄대상물의 이미지가 그대로 흡착성형되도록 진공과 정전기를 가하면서 3차원 입체 형상을 기초성형하고 이 상태에서 그대로 전진이동을 하는 기초성형몰드와; 상기 기초성형몰드가 전진이동하여 프레싱 가능한 위치에 놓이면 기초성형부에 대응하는 서페이스 성형부가 기초성형성부에 흡착된 인쇄대상물의 이미지 부위를 가열프레싱하여 3차원 입체 형상을 성형하는 3차원 서페이스 성형몰드를; 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치를 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 컴퓨터에서 인쇄명령을 내리면 레이저 빔을 드럼에 주사하여 인쇄하고자 하는 이미지를 형성하는 레이저 스캐닝 유닛과; 상기 레이저 빔 주사로 이온화된 이미지 형성부위에 마이너스로 대전된 토너가 흡착되는 드럼과; 상기 토너가 흡착된 드럼을 통과하면서 드럼의 압력에 의해 드럼에 흡착된 토너가 이미지 형상 그대로 옮겨 붙는 인쇄대상물과; 상기 드럼을 통과한 인쇄대상물의 진행방향 쪽에 설치되는 것으로서, 인쇄대상물의 이미지 형상에 부합하는 기초성형부가 구비되어 이동하는 인쇄대상물의 이미지 형상이 기초성형부에 일치되면 기초성형부에 인쇄대상물의 이미지가 그대로 흡착성형되도록 진공과 정전기를 가하여 3차원 입체 형상을 성형함과 동시에 열을 가하여 토너가 인쇄대상물에 정착되도록 하는 기초성형몰드를; 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치를 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 컴퓨터에서 인쇄명령을 내리면 레이저 빔을 드럼에 주사하여 인쇄하고자 하는 이미지를 형성하는 레이저 스캐닝 유닛과; 상기 레이저 빔 주사로 이온화된 이미지 형성부위에 마이너스로 대전된 토너가 흡착되는 드럼과; 상기 토너가 흡착된 드럼을 통과하면서 드럼의 압력에 의해 드럼에 흡착된 토너가 이미지 형상 그대로 옮겨 붙는 인쇄대상물과; 상기 드럼을 통과한 인쇄대상물의 진행방향 쪽에 설치되는 것으로서, 인쇄대상물의 이미지 형상에 부합하는 3차원 입체 형상의 서페이스 성형부가 구비되어, 이 서페이스 성형부가 인쇄대상물의 이미지 부위를 가열프레싱하여 3차원 입체 형상을 성형하는 3차원 서페이스 성형몰드를; 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치를 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 컴퓨터에서 인쇄명령을 내리면 레이저 빔을 드럼에 주사하여 인쇄하고자 하는 이미지를 형성하는 레이저 스캐닝 유닛과; 상기 레이저 빔 주사로 이온화된 이미지 형성부위에 마이너스로 대전된 토너가 흡착되는 드럼과; 상기 토너가 흡착된 드럼을 통과하면서 드럼의 압력에 의해 드럼에 흡착된 토너가 이미지 형상 그대로 옮겨 붙는 인쇄대상물과; 상기 드럼을 통과한 인쇄대상물의 진행방향 쪽에 설치되는 것으로서, 인쇄대상물의 이미지 형상에 부합하는 3차원 입체 형상의 요철성형부가 외주에 형성되어 인쇄대상물이 통과할 때 인쇄대상물의 이미지 부위에 대응하는 요철성형부가 인쇄대상물의 이미지 부위를 가열가압하여 3차원 입체 형상을 성형하는 정착롤러를; 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치를 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 상기 인쇄대상물은, 드럼을 통과하면서 드럼의 압력에 의해 드럼에 흡착된 토너가 이미지형상 그대로 옮겨 붙음과 동시에 기억된 온도에 의해 형상이 변하는 형상기억고분자로 구성됨을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치를 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 상기 인쇄대상물에 3차원 입체 형상을 성형시 인쇄대상물에 묻은 토너 이미지가 훼손되지 않도록 3차원 서페이스 성형몰드에 진공과 정전기 및 열을 가하면서 성형함을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치를 과제 해결수단으로 한다.

또한, 상기 인쇄대상물에 3차원 입체 형상을 성형시 인쇄대상물에 묻은 토너 이미지가 훼손되지 않도록 정착롤러에 진공과 정전기 및 열을 가하면서 성형함을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치를 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 상기 레이저 스케닝 유닛은, 2차원 이미지로부터 추출된 2차원 정보를 모델링하여 3차원 그래픽 오브젝트를 형성하는 수단과; 3차원 그래픽 오브젝트 형성 수단의 제어 하에 3차원 그래픽 오브젝트에 기초하여 입체 이미지를 형성하는 수단과; 입체 이미지를 사용해서 2차원 이미지와 동일한 크기의 2차원 격자 이미지를 인쇄한 입체 이미지로부터 얻은 2차원 격자 이미지를 기초하여 2차원 이미지를 보정하는 수단을; 포함하여 구성되는 입체 이미지 보정장치에 의해 제어되어, 3차원 입체 성형시에도 이미지가 훼손되지 않는 오차 보정을 거친 2차원 이미지가 드럼에 그려지도록 레이저 빔을 주사함을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치를 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 상기 입체 이미지 보정장치는, 등각 사상을 각 요소에 적용하고 서로 조합하여 2차원 이미지를 획득할 수 있도록 함을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치를 과제의 해결수단으로 한다.

본 발명에 따른 3차원 서페이스 인쇄장치는 레이저프린터를 이용하여 인쇄대상물에 이미지를 인쇄하고 기초성형몰드로 기초성형을 한 다음 서페이스 성형몰드로 인쇄대상물의 이미지를 프레싱하여 3차원 형상을 간편하게 성형할 수 있다.

또한, 레이저프린터를 이용하여 인쇄대상물에 이미지를 인쇄한 다음 기초성형몰드로 인쇄대상물의 이미지를 진공으로 흡착 성형하여 3차원 형상을 간편하게 성형할 수 있다.

또한, 레이저프린터를 이용하여 인쇄대상물에 이미지를 인쇄한 다음 정착롤러로 인쇄대상물의 이미지를 가압하여 3차원 형상을 간편하게 성형할 수 있다.

또한, 형상기억고분자로 이루어진 인쇄대상물을 투입하여 3차원 서페이스 성형장치로 3차원 형상을 간편하게 성형할 수 있을 뿐만 아니라 3차원 형성과정에서 진공과 정전기 및 열을 가하여 3차원 입체형상 성형과정 중 인쇄대상물에 붙은 토너가 고정된 상태로 정착되는 등 고품질의 3차원 입체형상을 성형할 수 있다.

또한, 레이저 스케닝 유닛은, 입체 이미지 보정장치에 의해 제어되어 이미지의 오차 보정을 거친 이미지가 드럼에 그려지도록 레이저 빔을 주사함으로써, 2차원 이미지가 인쇄된 인쇄대상물로 3차원 성형을 할 때 발생하는 위치 오차를 보정 정밀한 3차원 인쇄 성형물을 획득할 수 있다.

또한, 입체 이미지 보정장치는, 등각 사상을 각 요소에 적용하고 서로 조합하여 2차원 평면 이미지를 획득할 수 있다.

도 1은 본 종래의 레이저프린터의 구성도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 구성도.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 구성도.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 구성도.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 구성도.

본 발명은, 컴퓨터에서 인쇄명령을 내리면 레이저 빔을 드럼에 주사하여 인쇄하고자 하는 이미지를 형성하는 레이저 스캐닝 유닛과; 상기 레이저 빔 주사로 이온화된 이미지 형성부위에 마이너스로 대전된 토너가 흡착되는 드럼과; 상기 토너가 흡착된 드럼을 통과하면서 드럼의 압력에 의해 드럼에 흡착된 토너가 이미지 형상 그대로 옮겨 붙는 인쇄대상물과; 상기 드럼을 통과한 인쇄대상물의 진행방향 쪽에 설치되는 것으로서, 인쇄대상물의 이미지 형상에 부합하는 기초성형부가 구비되어 이동하는 인쇄대상물의 이미지 형상이 기초성형부와 일치되면 기초성형부에 인쇄대상물의 이미지가 그대로 흡착성형되도록 진공과 정전기를 가하면서 3차원 입체 형상을 기초성형하고 이 상태에서 그대로 전진이동을 하는 기초성형몰드와; 상기 기초성형몰드가 전진이동하여 프레싱 가능한 위치에 놓이면 기초성형부에 대응하는 서페이스 성형부가 기초성형성부에 흡착된 인쇄대상물의 이미지 부위를 가열프레싱하여 3차원 입체 형상을 성형하는 3차원 서페이스 성형몰드를; 포함하여 구성되는 3차원 서페이스 인쇄장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한, 컴퓨터에서 인쇄명령을 내리면 레이저 빔을 드럼에 주사하여 인쇄하고자 하는 이미지를 형성하는 레이저 스캐닝 유닛과; 상기 레이저 빔 주사로 이온화된 이미지 형성부위에 마이너스로 대전된 토너가 흡착되는 드럼과; 상기 토너가 흡착된 드럼을 통과하면서 드럼의 압력에 의해 드럼에 흡착된 토너가 이미지 형상 그대로 옮겨 붙는 인쇄대상물과; 상기 드럼을 통과한 인쇄대상물의 진행방향 쪽에 설치되는 것으로서, 인쇄대상물의 이미지 형상에 부합하는 기초성형부가 구비되어 이동하는 인쇄대상물의 이미지 형상이 기초성형부에 일치되면 기초성형부에 인쇄대상물의 이미지가 그대로 흡착성형되도록 진공과 정전기를 가하여 3차원 입체 형상을 성형함과 동시에 열을 가하여 토너가 인쇄대상물에 정착되도록 하는 기초성형몰드를; 포함하여 구성되는 3차원 서페이스 인쇄장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한, 컴퓨터에서 인쇄명령을 내리면 레이저 빔을 드럼에 주사하여 인쇄하고자 하는 이미지를 형성하는 레이저 스캐닝 유닛과; 상기 레이저 빔 주사로 이온화된 이미지 형성부위에 마이너스로 대전된 토너가 흡착되는 드럼과; 상기 토너가 흡착된 드럼을 통과하면서 드럼의 압력에 의해 드럼에 흡착된 토너가 이미지 형상 그대로 옮겨 붙는 인쇄대상물과; 상기 드럼을 통과한 인쇄대상물의 진행방향 쪽에 설치되는 것으로서, 인쇄대상물의 이미지 형상에 부합하는 3차원 입체 형상의 서페이스 성형부가 구비되어, 이 서페이스 성형부가 인쇄대상물의 이미지 부위를 가열프레싱하여 3차원 입체 형상을 성형하는 3차원 서페이스 성형몰드를; 포함하여 구성되는 3차원 서페이스 인쇄장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한, 컴퓨터에서 인쇄명령을 내리면 레이저 빔을 드럼에 주사하여 인쇄하고자 하는 이미지를 형성하는 레이저 스캐닝 유닛과; 상기 레이저 빔 주사로 이온화된 이미지 형성부위에 마이너스로 대전된 토너가 흡착되는 드럼과; 상기 토너가 흡착된 드럼을 통과하면서 드럼의 압력에 의해 드럼에 흡착된 토너가 이미지 형상 그대로 옮겨 붙는 인쇄대상물과; 상기 드럼을 통과한 인쇄대상물의 진행방향 쪽에 설치되는 것으로서, 인쇄대상물의 이미지 형상에 부합하는 3차원 입체 형상의 요철성형부가 외주에 형성되어 인쇄대상물이 통과할 때 인쇄대상물의 이미지 부위에 대응하는 요철성형부가 인쇄대상물의 이미지 부위를 가열가압하여 3차원 입체 형상을 성형하는 정착롤러를; 포함하여 구성되는 3차원 서페이스 인쇄장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한, 상기 인쇄대상물은, 드럼을 통과하면서 드럼의 압력에 의해 드럼에 흡착된 토너가 이미지형상 그대로 옮겨 붙음과 동시에 기억된 온도에 의해 형상이 변하는 형상기억고분자로 구성되는 3차원 서페이스 인쇄장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한, 상기 인쇄대상물에 3차원 입체 형상을 성형시 인쇄대상물에 묻은 토너 이미지가 훼손되지 않도록 3차원 서페이스 성형몰드에 진공과 정전기 및 열을 가하면서 성형하는 3차원 서페이스 인쇄장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한, 상기 인쇄대상물에 3차원 입체 형상을 성형시 인쇄대상물에 묻은 토너 이미지가 훼손되지 않도록 정착롤러에 진공과 정전기 및 열을 가하면서 성형하는 3차원 서페이스 인쇄장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한, 상기 레이저 스케닝 유닛은, 2차원 이미지로부터 추출된 2차원 정보를 모델링하여 3차원 그래픽 오브젝트를 형성하는 수단과; 3차원 그래픽 오브젝트 형성 수단의 제어 하에 3차원 그래픽 오브젝트에 기초하여 입체 이미지를 형성하는 수단과; 입체 이미지를 사용해서 2차원 이미지와 동일한 크기의 2차원 격자 이미지를 인쇄한 입체 이미지로부터 얻은 2차원 격자 이미지를 기초하여 2차원 이미지를 보정하는 수단을; 포함하여 구성되는 입체 이미지 보정장치에 의해 제어되어, 3차원 입체 성형시에도 이미지가 훼손되지 않는 오차 보정을 거친 2차원 이미지가 드럼에 그려지도록 레이저 빔을 주사하는 3차원 서페이스 인쇄장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한, 상기 입체 이미지 보정장치는, 등각 사상을 각 요소에 적용하고 서로 조합하여 2차원 이미지를 획득할 수 있도록 하는 3차원 서페이스 인쇄장치를 기술구성의 특징으로 한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 구성도이고, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 구성도이며, 도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 구성도이고, 도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 구성도를 각각 도시한 것으로서, 이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 서페이스 인쇄장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 구성도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 3차원 서페이스 인쇄장치는, 전사인쇄 필름 등과 같은 평면 인쇄대상물(30)에 이미지를 형성하는 레이저프린터와 같은 구조의 평면 인쇄장치와, 2차원 이미지가 인쇄된 인쇄대상물(30)에 3차원 입체 형상을 기초성형하는 기초성형몰드(41) 및 기초성형된 형상을 한번 더 프레싱하여 완전한 3차원 입체 형상을 성형하는 3차원 서페이스 성형몰드(51)로 이루어지는 3차원 서페이스 성형장치로 대분 된다.

평면 인쇄장치는, 레이저프린터와 동일한 구조로 형성되는 것으로서 그 구조를 구체적으로 살펴보면, 컴퓨터에서 명령을 내리면 컴퓨터에서 인쇄하고자 하는 이미지를 드럼(20)에 레이저 빔을 주사하여 이미지를 스캐닝하는 것으로서 레이저 다이오드(11) 및 회전다면경(12)으로 이루어지는 레이저 스캐닝 유닛(10)과, 상기 레이저 스캐닝 유닛(10)에 의해 레이저 빔의 주사한 부분이 약 정전기를 띄게 되고 회전하면서 현상기(21)를 스치면 레이저 빔이 주사된 부분만 토너가 묻는 드럼(20)과, 드럼(20)을 통과하면서 정전기 차이로 인해 드럼(20)에 붙은 토너가 옮겨 붙는 전사인쇄 필름 등과 같은 인쇄대상물(30)로 구성된다.

그밖에 드럼(20) 외주에는 대전코로나, 클리닝부, 및 분리 전사코로나 등이 설치되고, 인쇄대상물(30)의 진행부위에는 인쇄대상물(30)을 지지하는 다수의 지지롤러 등이 설치된다.

레이저 스캐닝 유닛(10)은, 컴퓨터에 보내온 이미지 데이터를 받아 레이저 빔을 만들고 레이저 다이오드(11)로부터 주사된 레이저 빔을 회전다면경(12)을 이용하여 드럼(20)에 주사하는 역할을 한다. 레이저 빔을 받은 드럼(20)은 레이저 빔을 주사 받음과 동시에 메커니즘 제어에 의해 일정 횟수만큼 회전한다.

현상기(21)는, 드럼(20)에 토너를 묻히는 역할을 하는 것으로서, 드럼(20)에 묻은 토너는 다시 인쇄대상물(30)로 옮겨지게 되고 이때 토너의 이동은 인쇄대상물(30)과 드럼(20)의 전위차에 의하여 이루어진다.

따라서, 레이저 빔이 드럼(20)에 주사될 때 토너가 묻을 부분과 묻지 않을 부분을 드럼(20) 표면에 전위로 표시하며, 토너 그 자체가 전위를 띠고 있으므로 인자할 부분의 드럼(20)에만 묻게 되고, 이 드럼(20)에 묻은 토너를 인쇄대상물(30)에 옮기는 과정은 토너가 전위를 띠고 있으므로 인쇄대상물(30)에 + 전위를 걸어 주면 토너는 인쇄대상물(30)로 옮겨지게 된다.

또한, 3차원 서페이스 성형장치는 기초성형몰드(41) 및 서페이스 성형몰드(51)로 구성되는 것으로서, 먼저 기초성형몰드(41)는 드럼(20)과 3차원 서페이스 성형몰드(51) 사이에 설치되어 3차원 서페이스 성형몰드(51)로 인쇄대상물(30)을 프레스 성형을 하기 전에 기초성형을 한다.

즉, 2차원 이미지가 인쇄된 인쇄대상물(30)을 3차원 서페이스 성형몰드(51)로 바로 프레스 가공을 할 경우 프레스 과정에서 3차원 입체 형상이 매끈하지 못하고 주름이 지고 울거나, 인쇄대상물(30)에 정착되지 않은 토너가 훼손되는 등의 문제점이 발생할 수 있으나, 기초성형몰드(41)로 1차 기초성형을 한 다음 3차원 서페이스 성형몰드(51)로 3차원 입체 성형을 하면 성형이 순차적으로 단계를 거쳐 이루어지므로 주름이 지거나 우는 현상 및 토너 이미지가 훼손되는 현상 없이 매끈한 3차원 입체 성형을 얻을 수 있다.

한편, 도면상에는 기초성형몰드(41)가 1개인 것으로 도시되어 있으나 기초성형몰드(41)를 2개 이상의 복수로 설치하여 기초성형을 여러 차례로 나누어 성형 강도를 점점 높이면서 순차적으로 기초성형한 다음 최종 3차원 서페이스 성형몰드(51)로 성형함으로써 완벽한 3차원 성형품을 획득할 수 있도록 할 수도 있다.

이러한 기초성형몰드(41)는 성형하고자 하는 3차원 입체 형상에 부합되는 기초성형부(42)로 구성되는 것으로서, 드럼(20)을 통과한 인쇄대상물(30)은 이 기초성형몰드(41)의 기초성형부(42)를 통과하면서 3차원 기초 성형이 이루어지며 기초성형몰드(41)의 기초성형부(42)에는 인쇄대상물(30)에 3차원 입체 성형이 원활히 이루어지도록 진공과 정전기 및 열을 가한다.

여기서 정전기 및 열 발생장치는 레이저프린터에 사용하는 장치와 동일한 것을 사용하는 것이 가장 바람직하나, 그밖에 가열수단으로는 열선 등을 사용할 수 있고, 성형과정에서 인쇄대상물(30)에 묻은 토너가 인쇄대상물(30)에서 떨어지지 않고 정 위치를 유지하도록 레이저프린터에 사용되지 않는 정전기 발생장치를 사용할 수도 있다. 또한, 인쇄대상물(30)의 입체 성형은 진공펌프 등과 같은 진공장치를 사용하여 인쇄대상물(30)의 이미지가 기초성형부(42)에 흡착되도록 인쇄대상물(30)의 토너 이미지를 진공으로 흡착 성형하여 3차원 입체 형상을 성형한다.

인쇄대상물(30)에 기초성형이 완료되면 인쇄대상물(30)의 이미지가 기초성형부(42)에 흡착되어 입체 성형이 이루어진 그 상태로 기초성형몰드(41)가 전방으로 이동하여 3차원 서페이스 성형몰드(51)의 성형위치에 놓이게 된다.

3차원 서페이스 성형장치(40)는, 콘택트렌즈 등과 같이 3차원 입체 형상을 갖는 물체에 전사인쇄를 할 수 있도록 3차원 입체 형상에 부합하고 기초성형몰드(41)의 기초성형부(42)에 대응하는 서페이스 성형부(52)로 구성된다.

상기 서페이스 성형몰드(51)에 형성되는 서페이스 성형부(52)는 성형하고자 하는 입체 형상에 따라 다양한 형태로 형성되어 인쇄대상물(30)의 성형작업시 이동된 기초성형몰드(41)의 기초성형부(42)에 흡착하여 기초성형된 인쇄대상물(30)의 성형부위를 한번 더 프레싱하여 완전한 3차원 입체 형상을 성형한다.

이때, 서페이스 성형몰드(51)에 의한 인쇄대상물(30)의 성형작업시 정전기를 형성하여 인쇄대상물(30)에 붙은 토너가 흩어지지 않고 정 위치를 유지할 수 있도록 고정시켜 주면서, 열을 가하여 인쇄대상물(30)에 부합하는 3차원 입체 형상의 성형이 이루어짐과 동시에 인쇄대상물(30)의 3차원 성형부위에 토너가 완전히 정착될 수 있게 하는 것이 바람직하다. 정전기 및 열 발생장치는 레이저프린터에 사용하는 동일한 장치를 사용하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 제2실시예로서 도시된 바와 같이 평면 인쇄장치는 제1실시예와 동일하게 구성되고 3차원 서페이스 성형장치는 기초성형몰드(41)로 구성된다.

즉, 인쇄대상물(30)의 이동 방향인 드럼(20) 전방으로 기초성형부(42)가 구비된 기초성형몰드(41)가 설치되어 인쇄대상물(30)의 토너 이미지가 기초성형부(42)에 일치되면 기초성형부(42)에 진공을 발생하여 인쇄대상물(30)의 토너 이미지가 기초성형부(42)에 진공흡착되어 3차원 입체 성형이 이루어진다.

이때, 기초성형부(42) 내부에 전정기도 함께 발생하여 3차원 입체 성형시 인쇄대상물(30)의 토너 이미지가 훼손되지 않도록 하면서 이와 동시에 열선 등과 같은 가열수단을 기초성형부(42) 내부에 설치하여 인쇄대상물(30)에 성형에 적합한 열이 전달되도록 함으로써 진공 흡착 성형과 동시에 인쇄대상물(30)에 붙은 토너 이미지가 완전히 정착되도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 제3실시예로서 도시된 바와 같이, 평면 인쇄장치는 제1실시예와 동일하게 구성되고 3차원 서페이스 성형장치는 3차원 서페이스 성형몰드(51)로 구성된다.

3차원 서페이스 성형몰드(51)는, 드럼(20)을 통과하면서 표면에 토너가 옮겨져 평면 이미지가 인쇄된 인쇄대상물(30)의 진행방향 쪽에 설치되는 것으로서, 콘택트렌즈 등과 같이 3차원 입체 형상을 갖는 물체에 전사인쇄를 할 수 있도록 3차원 입체 형상에 부합하는 서페이스 성형부(52)를 갖는 서페이스 성형몰드(51)로 구성된다. 서페이스 성형몰드(51)는 3차원 입체 성형시 인쇄대상물(30)을 프레싱하여 성형을 하므로 상, 하 한 쌍으로 대응되게 구성하는 것이 바람직하다.

서페이스 성형몰드(51)에 형성되는 서페이스 성형부(52)는 성형하고자 하는 입체 형상에 따라 다양한 형태로 형성되어 인쇄대상물(30)의 성형작업시 인쇄대상물(30)에 인쇄된 이미지에 대응하는 서페이스 성형부(52)가 인쇄대상물(30)의 이미지를 프레싱하여 3차원의 입체 형상을 성형한다.

여기서, 인쇄대상물(30)의 성형작업시 서페이스 성형몰드(51) 내부에 진공을 발생하여 인쇄대상물(30)의 이미지가 서페이스 성형부(52)에 긴밀히 밀착되도록 함으로써 서페이스 성부(52)에 부합되는 형태로 성형이 원활히 이루어지게 한다.

또한, 인쇄대상물(30)의 성형작업시 정전기를 형성하여 3차원 성형시 인쇄대상물(30)에 붙은 토너가 흩어지지 않고 정 위치를 유지할 수 있도록 고정시켜 주면서, 열을 가하여 인쇄대상물(30)에 부합하는 3차원 입체 형상의 성형이 이루어짐과 동시에 인쇄대상물(30)의 3차원 성형부위에 토너가 완전히 정착될 수 있게 한다.

도 5는 본 발명에 따른 제5실시예로서 도시된 바와 같이, 평면 인쇄장치는 제1실시예와 동일하고 3차원 서페이스 성형장치는 외주에 요철성형부(62)가 구비된 상, 하 한쌍의 정착롤러(61)로 구성된다.

더욱 구체적으로 정착롤러(61)는, 상, 하로 구성되는 것으로서 외주에는 3차원 형상을 갖는 입체 물체의 형상에 부합하는 볼록하거나 오목한 형태의 요철성형부(62)가 형성된다. 예를 들어 콘택트렌즈 등과 같은 3차원 입체 형상을 성형할 경우 상부의 정착롤러(61)에는 볼록하게 돌출된 형상의 수 요철성형부(62)를 형성하고 이에 대응하는 하부의 정착롤러(61)에는 오목한 형상의 암 요철성형부(62)를 형성하여 콘택트렌즈 등과 같은 3차원 입체형상을 성형한다.

물론, 정착롤러(61)에 형성되는 요철성형부(62)는 3차원 입체형상의 물체에 따라 다양한 형태로 형성되며, 정착롤러(61)에는 가열수단을 설치하여 인쇄대상물(30)이 상, 하 정착롤러(61) 사이를 통과할 때 대략 600~700℃의 고열을 가하면서 가압하여 인쇄대상물(30)의 3차원 입체 형상을 성형함 동시에 인쇄대상물(30)에 완전히 붙지않고 전위차에 의해 붙어 있는 토너를 인쇄대상물(30)에 완전히 정착할 수 있도록 한다.

또한, 정착롤러(61)에 의한 성형시 인쇄대상물(30)에 3차원 입체 형상의 성형이 이루어지면서 인쇄대상물(30)에 붙은 토너가 흩어지지 않고 고정된 상태로 3차원 성형이 이루어지도록 정전기를 발생하는 것이 바람직하다. 또한, 3차원 입체 형상 성형시 진공을 가할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 제1실시예 내지 제4실시예를 구성함에 있어서, 드럼(20)의 구동에 의해 인쇄가 이루어지는 인쇄대상물(30)의 재질은, 노보넨을 중합시켜 만든 폴리노보넨 등으로 이루어진 형상기억고분자로 구성하여 기억된 온도에 따라 3차원 서페이스 성형장치에 부합되는 3차원 입체 형상을 성형할 수도 있다.

형상기억고분자(shape memory polymer(SMP))는, 특정 조건에서 어떤 물체를 일정한 모양을 가지도록 만들어 놓으면, 그 이후 외부적 충격에 의해 모양이 달라졌다 하더라도 그 물체를 처음과 동일한 조건(온도, 빛, pH, 습도 등)으로 만들어 주면 다시 원래의 모양으로 되돌아가는 성질을 가진 고분자이다.

노보넨(norbornene)을 중합시켜 만든 폴리노보넨(polynorbornene)을 얇은 판모양으로 만든 뒤, 구부리거나 비틀면 모양이 변하고 더 이상의 힘을 가하지 않으면 그 모양을 그대로 유지하게 된다. 그런데 이렇게 모양이 달리진 폴리노보넨을 뜨거운 물속에 넣으면 금방 원래의 판모양으로 되돌아간다. 이와 같이 형상기억고분자는 모양이 달라졌다 하더라도 그 물질이 만들어진 처음 상태와 같은 조건을 만들어 주면 본래의 모양으로 되돌아가는 고분자이다.

형상기억능력은 가역상과 고정상의 이중 구조를 가지는 물질에서 나타나는 현상이다. 위의 경우, 폴리노보넨이 판 모양을 하고 있을 때가 가역상인 경우이고 이와 다른 모양을 유지하고 있을 때가 고정상이 된다. 가역상일 때는 늘 판모양을 하게 되지만 고정상일 때는 외부에서 주는 충격에 따라 그 모양이 달라지고 더 이상의 충격을 받지 않는 한 그 모양을 유지한다. 그러나 고정상에 있는 물질을 가열하면 어느 온도에 이르러 가역상으로 전환한다. 이 온도를 유리질 온도(Tg)라고 하며 형상 회복 온도가 된다.

형상기억고분자는 일상생활에서 매우 유용하게 이용될 수 있다. 의료용 기기, 차체 부품, 일상 용품 등 그 용도는 매우 많다. 형상 기억 고분자는 비슷한 현상을 나타내는 형상 기억 합금에 비해 제조 비용이 적게 들고, 형상 회복 능력이 우수하며, 모양을 쉽게 변화시킬 수 있는 등의 장점이 있다.

이러한 형상기억고분자는 일정온도의 융점을 초과하면 결정구조에서 비결정구조로 되는 성질을 이용한 것이며 형상기억합금에 비해 밀도가 1.0~1.3g/㎤으로 가볍고 형상회복률이 높으며, 다양한 형태로의 제품 제조가 가능하다. 또한, 소프트한 특성과 형상회복을 일으키는 스위칭 온도 조절을 용이 하는 장점이 있어 다양한 용도의 개발이 기대되는 기능성 소재이다. 형상기억고분자는 필름형태로 제작하여 일정한 열처리 작업으로 형상을 기억시키면 여러 번에 걸쳐 변형을 하더라도 일정한 온도 이상으로 가열하면 원래의 형상으로 되돌아 가며 이때 이 일정 온도를 형상회복온도라 하며 형상회복온도 조건을 바꿈으로써 여러 가지로 설정 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 제1실시예 내지 제4실시예를 구성함에 있어서, 필름 등과 같은 2차원 소재의 인쇄대상물(30)에 3차원 입체면 상에 정확하게 위치하도록 이미지를 인쇄하는 것은 어려운 문제이다. 왜냐하면, 2차원 이미지 정보의 XY 평면 좌표로부터 XYZ 입체 좌표로 맵핑하여 3차원 그래픽 오브젝트로 형성한다 할지라도 2차원 이미지상의 임의의 두 점 간의 거리와 그에 대응하는 입체물체 상의 두 점 간의 실제 거리는 다르므로, 어떠한 보정을 거치지 않고 2차원 이미지를 3차원 입체면 상에 그대로 인쇄하거나, 보정되지 않은 2차원 이미지가 인쇄된 필름과 같은 평면소재의 인쇄대상물(30)로 입체 성형을 하게 되면 3차원 입체면 상에 인쇄된 이미지는 본래 위치되어야 할 지점으로부터 벗어나기 때문이다.

따라서, 레이저 스케닝 유닛(10)에서 보정을 거치지 않고 레이저 빔을 드럼(20)에 주사할 경우 실제 3차원 이미지와 다른 2차원 이미지가 드럼(20)에 주사되므로 프레스 성형 작업시 XYZ 입체 좌표의 오차 값에 의해 인쇄대상물(30)에 인쇄된 2차원 이미지와 다른 3차원 이미지 형상이 성형 된다.

본 발명에 따른 3차원 서페이스 인쇄장치의 레이저 스케닝 유닛(10)은, 입체 이미지 보정장치에 의해 제어되어 이미지의 오차 보정을 거친 이미지가 드럼(20)에 그려지도록 레이저 빔을 주사함으로써, 2차원 이미지가 인쇄된 인쇄대상물(30)로 3차원 성형을 할 때 발생하는 위치 오차를 보정하여 정밀한 3차원 인쇄 성형물을 획득할 수 있다.

입체 이미지 보정장치는, 2차원 이미지로부터 추출된 2차원 정보를 모델링하여 3차원 그래픽 오브젝트를 형성하는 수단과, 3차원 그래픽 오브젝트 형성 수단의 제어 하에 3차원 그래픽 오브젝트에 기초하여 입체 이미지를 형성하는 수단과, 입체 이미지를 사용해서 2차원 이미지와 동일한 크기의 2차원 격자 이미지를 인쇄한 입체 이미지로부터 얻은 2차원 격자 이미지를 기초하여 2차원 이미지를 보정하는 수단으로 구성된다.

또한, 입체 이미지 보정장치의 이미지 보정방법으로는 등각 사상(Conformal Mapping)을 각 이미지 요소에 적용하고 서로 조합하여 2차원 평면 이미지를 획득하는 방법을 예로 들 수 있다.

이 방법은 정의 대상 곡면 위에 위치한 점들로부터 근사하는 곡면이 생성되게 하는 곡면 모델링 단계와, 모델링된 곡면을 유한요소로 분할시켜 설계변수가 정의되는 곡면분할 및 요소생성 단계와, 분할된 곡면을 구성하는 유한요소의 절점에 해당하는 설계변수에 초기형상이 평판인 경우 등거리 트리사상을 이용하고 실린더형 곡면인 경우에는 근사실린더 계산을 이용하여 초기값을 정의하는 단계와, 정의된 초기값과 유한요소로부터 비선형 최적화 이론을 이용하여 곡면과 임의 전개형상 사이의 변형율이 계산되고 이 변형률을 통해 목적함수와 제약조건이 정의되어 설계변수의 최적 해가 계산되는 단계와, 각 단계에서 최적화된 초기형상이 평판인 경우 2차원 평면으로 유지하고 전개가능한 곡면의 평면전개는 등각 사상을 각 요소에 적용해서 조합하여 2차원 평면으로 형상을 획득하는 후처리 단계를 포함하여 구성된다. 이러한 입체 이미지 보정방법은 이미 널리 알려진 기술로서 상세한 설명은 생략한다.

위에서 설명한 입체 이미지 보정장치 외에 2차원 이미지가 인쇄된 인쇄대상물(30)로 3차원 성형을 할 때 발생하는 위치 오차를 보정할 수 있는 입체 이미지 보정장치는 모두 적용 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 3차원 서페이스 인쇄장치는, 인쇄대상물(30)에 이미지를 인쇄한 다음 3차원 서페이스 성형장치에 의해 이 이미지를 3차원으로 성형함으로써 3차원의 입체형상을 갖는 물체에 전사인쇄를 할 수 있도록 한 것으로서, 이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 서페이스 인쇄장치의 성형과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 제1실시예로서 도시된 바와 같이, 컴퓨터에서 원하는 3차원 인쇄형상의 인쇄 명령을 내리면 컴퓨터에서 인쇄하고자 하는 형상 이미지를 레어저 스캐닝 유닛(10)에 전달함으로써, 레이저 빔을 주사하여 드럼(20)에 이미지를 형성한다. 즉, 레이저 다이오드(11)에서 주사한 레이저 빔을 받은 회전다면경(12)은 레이저 빔을 드럼(20)에 주사하여 컴퓨터에서 인쇄하고자 하는 이미지를 그대로 그려낸다.

그러면 드럼(20)의 레이저 빔이 주사된 부분에는 약한 정전기를 띄게 되고 원통형으로 생긴 드럼(20)이 회전하면서 현상기(21)를 스치면 레이지 빔이 주사되어 정전기를 띄게 된 부분만 토너가 묻게 되고, 이 상태에서 전사인쇄 필름 등과 같은 인쇄대상물(30)이 급지 되면 인쇄대상물(30)과 드럼(20)의 정전기 차이로 인해 토너가 인쇄대상물(30)로 옮겨 붙게 된다. 인쇄대상물(30)로 옮겨진 토너는 인쇄대상물(30)에 완전히 밀착된 정착상태가 아니므로 추후 성형과정 시 열 압착에 의한 정착과정을 거치게 된다.

이와 같이 드럼(20)을 통과하면서 표면에 2차원의 토너 이미지가 인쇄된 인쇄대상물(30)은 드럼(20)의 전방에 설치된 기초성형몰드(41)에 의해 기초성형이 이루어진다.

즉, 인쇄대상물(30)의 이미지부위가 기초성형몰드(41)의 기초성형부(42)에 일치됨과 동시에 기초성형부(42)에 진공을 가하면 인쇄대상물(30)의 이미지가 기초성형부(42)에 밀착되면서 우는 현상 없이 3차원 입체 형상의 기초성형이 이루어진다. 이와 동시에 기초성형부(42)에 정전기 및 가열이 동시에 이루어지므로 진공에 의한 3차원 기초성형시에도 인쇄대상물(30)에 붙은 토너 이미지가 훼손되는 등의 문제가 발생하지 않는다.

기초성형이 완료된 상태에서 기초성형몰드(41)는 3차원 서페이스 성형몰드(51)의 프레싱 가능한 위치로 이동함과 동시에 3차원 서페이스 성형몰드(51)의 프레싱에 의해 완전한 3차원 성형이 이루어진다.

즉, 기초성형부(42)에 흡착되어 3차원 기초성형이 이루어진 채로 기초성형몰드(41)가 3차원 서페이스 성형몰드(51)의 프레싱 가능한 위치에 놓이면 서페이스 성형몰드(51)는 하강하면서 세페이스 성형부(52)가 인쇄대상물(30)의 3차원 기초성형 부위를 한번 더 프레싱하여 완전한 3차원 성형이 이루어진다.

도 3은 본 발명에 따른 제2실시예로서 도시된 바와 같이, 평면 인쇄과정은 제1실시예와 동일하고 3차원 인쇄과정은 기초성형몰드(41)에 의해 이루어진다.

즉, 드럼(20)을 통과한 인쇄대상물(30)의 토너 이미지 부위가 기초성형몰드(41)의 기초성형부(42)에 위치하면 기초성형부(42)에서 인쇄대상물(30)의 이미지 부위를 진공으로 흡입하여 3차원 입체 형상을 성형한다. 이때, 진공과 동시에 정전기가 발생하므로 3차원 성형시 인쇄대상물(30)의 토너 이미지가 훼손되지 않고 정 위치를 유지하게 된다.

또한, 기초성형몰드(41)에 의한 진공 흡착 성형시 열선 등과 같은 가열수단에 의해 인쇄대상물(30)의 이미지에 열이 가해지므로 인쇄대상물(30)의 이미지를 형성하는 토너가 3차원 성형과 동시에 인쇄대상물(30)에 완전해 정착된다. 물론, 가열수단은 기초성형몰드(41) 내부에 설치하는 것이 가장 바람직하나 토너의 정착만 가능하다면 가열수단을 기초성형몰드(41)의 외측에 별도로 설치할 수도 있다.

도 4는 본 발명에 따른 제3실시예로서 도시된 바와 같이, 토너 이미지가 인쇄된 인쇄대상물(30)은 드럼(20)을 통과한 다음 3차원 서페이스 성형몰드(51)로 이동하게 된다. 3차원 서페이스 성형몰드(51)로 이동된 인쇄대상물(30)은 3차원 서페이스 성형몰드(51)를 거치면서 3차원 성형이 이루어지고 인쇄대상물(30)에 붙은 토너가 완전히 정착하게 되는데 3차원 성형과정을 더욱 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

드럼(20)을 통과한 인쇄대상물(30)의 이미지가 3차원 서페이스 성형몰드(51)의 서페이스 성형부(52)에 일치하도록 위치되면 서페이스 성형몰드(51)의 서페이스 성형부(52)가 인쇄대상물(30)에 형성된 이미지를 프레싱 하여 인쇄대상물(30)의 이미지에 부합하는 3차원 형상을 성형한다.

이때, 3차원 성형과정에서 진공이 형성되기 때문에 인쇄대상물(30)의 이미지 부위가 반반하지 못하고 우글쭈글해지는 등의 우는 현상 없이 인쇄대상물(30)의 이미지 부위가 서페이스 성형부(52)에 긴밀히 밀착되어 고품질의 3차원 형상을 성형할 수 있다.

또한, 3차원 입체 형상 성형과정 시 정전기를 발생하고 열을 가하면서 프레싱이 이루어지므로 3차원 입체 형상 성형과정에서 토너가 흩어지지 않고 인쇄대상물(30)에 그대로 고정된 상태로 3차원 입체 형상의 성형이 이루어지면서 인쇄대상물(30)의 토너가 완전히 정착된다.

한편, 본 발명에 따른 제1실시예 내지 제4실시예에 있어서, 인쇄대상물(30)에 인쇄된 이미지는 3차원 이미지 오차 보정을 거쳐 인쇄가 이루어지므로 3차원 성형과정에서 인쇄대상물(30)에 인쇄된 이미지의 변형이 일어나지 않는다. 토너가 완전히 정착된 상태로 3차원 입체 형상의 성형이 완료된 3차원 성형물은 전사인쇄 하고자하는 3차원 입체물체와 형상이 동일하므로 3차원 입체물체에 그대로 전사인쇄하여 3차원 입체물체를 장식하면 된다.

도 5는 본 발명에 따른 제4실시예로서 도시된 바와 같이, 평면 인쇄과정은 제1실시예로 동일하게 이루어지며 정착롤러(61)에 의한 3차원입체형상이 성형된다.

즉, 인쇄대상물(30)의 이미지는 이에 대응하는 요철성형부(62)에 열을 가하면서 가압하고 정전기를 가하므로 인쇄대상물(30)에 붙은 토너는 3차원 성형과정에서도 흩어지지 않고 인쇄대상물(30)에 고정된 상태로 성형됨과 동시에 인쇄대상물(30)에 완전히 정착된다.

상기 정착롤러(61)와 같은 3차원 서페이스 성형장치는 구조상 콘택트렌즈 등과 같은 형상이 반복되는 구조를 갖은 3차원 입체물체에 적용하는 것이 바람직하다. 3차원 입체 형상의 성형이 완료된 인쇄대상물(30)은 콘택트렌즈와 같은 입체물체의 외형과 동일하므로 콘택트렌즈에 전사인쇄하여 콘택트렌즈를 장식하면 된다.

한편, 본 발명에 따른 제1실시예 내지 제4실시예에서, 온도에 따라 변형되는 형상기억고분자를 필름형태로 제작한 인쇄대상물(30)을 3차원 서페이스 성형장치에 투입하여 3차원 형상을 성형할 수도 있다. 형상기억고분자로 구성된 인쇄대상물(30)의 경우 온도에 따라 형상이 변하므로 3차원 서페이스 성형장치의 성형과 동시에 열을 가하면 온도에 따라 형상이 변형되면서 3차원 서페이스 성형장치에 따른 3차원 형상을 간편하게 성형할 수 있다.

또한, 레이저 스케닝 유닛(10)은, 입체 이미지 보정장치에 의해 제어되어 이미지의 오차보정을 거친 이미지가 드럼(20)에 그려지도록 레이저 빔을 주사함으로써, 2차원 이미지가 인쇄된 인쇄대상물(30)로 3차원 성형을 할 때 발생하는 위치 오차를 보정하여 정밀한 3차원 인쇄 성형물을 획득할 수 있다.

10:레이저 스캐닝 유닛 11:레이저 다이오드 12:회전다면경
20:드럼 21:현상기 30:인쇄대상물
41:기초성형몰드 42:기초성형부 51:서페이스 성형몰드
52:서페이스 성형부 61:정착롤러 62:요철성형부

Claims

컴퓨터에서 인쇄명령을 내리면 레이저 빔을 드럼에 주사하여 인쇄하고자 하는 이미지를 형성하는 레이저 스캐닝 유닛과;
상기 레이저 빔 주사로 이온화된 이미지 형성부위에 마이너스로 대전된 토너가 흡착되는 드럼과;
상기 토너가 흡착된 드럼을 통과하면서 드럼의 압력에 의해 드럼에 흡착된 토너가 이미지 형상 그대로 옮겨 붙는 인쇄대상물과;
상기 드럼을 통과한 인쇄대상물의 진행방향 쪽에 설치되는 것으로서, 인쇄대상물의 이미지 형상에 부합하는 기초성형부가 구비되어 이동하는 인쇄대상물의 이미지 형상이 기초성형부와 일치되면 기초성형부에 인쇄대상물의 이미지가 그대로 흡착성형되도록 진공과 정전기를 가하면서 3차원 입체 형상을 기초성형하고 이 상태에서 그대로 전진이동을 하는 기초성형몰드와;
상기 기초성형몰드가 전진이동하여 프레싱 가능한 위치에 놓이면 기초성형부에 대응하는 서페이스 성형부가 기초성형성부에 흡착된 인쇄대상물의 이미지 부위를 가열프레싱하여 3차원 입체 형상을 성형하는 3차원 서페이스 성형몰드를; 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치.
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컴퓨터에서 인쇄명령을 내리면 레이저 빔을 드럼에 주사하여 인쇄하고자 하는 이미지를 형성하는 레이저 스캐닝 유닛과;
상기 레이저 빔 주사로 이온화된 이미지 형성부위에 마이너스로 대전된 토너가 흡착되는 드럼과;
상기 토너가 흡착된 드럼을 통과하면서 드럼의 압력에 의해 드럼에 흡착된 토너가 이미지 형상 그대로 옮겨 붙는 인쇄대상물과;
상기 드럼을 통과한 인쇄대상물의 진행방향 쪽에 설치되는 것으로서, 인쇄대상물의 이미지 형상에 부합하는 3차원 입체 형상의 요철성형부가 외주에 형성되어 인쇄대상물이 통과할 때 인쇄대상물의 이미지 부위에 대응하는 요철성형부가 인쇄대상물의 이미지 부위를 가열가압하여 3차원 입체 형상을 성형하는 정착롤러를; 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
상기 인쇄대상물은, 드럼을 통과하면서 드럼의 압력에 의해 드럼에 흡착된 토너가 이미지형상 그대로 옮겨 붙음과 동시에 기억된 온도에 의해 형상이 변하는 형상기억고분자로 구성됨을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치.
청구항 1에 있어서,
상기 인쇄대상물에 3차원 입체 형상을 성형시 인쇄대상물에 묻은 토너 이미지가 훼손되지 않도록 3차원 서페이스 성형몰드에 진공과 정전기 및 열을 가하면서 성형함을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치.
청구항 4에 있어서,
상기 인쇄대상물에 3차원 입체 형상을 성형시 인쇄대상물에 묻은 토너 이미지가 훼손되지 않도록 정착롤러에 진공과 정전기 및 열을 가하면서 성형함을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
상기 레이저 스케닝 유닛은,
2차원 이미지로부터 추출된 2차원 정보를 모델링하여 3차원 그래픽 오브젝트를 형성하는 수단과; 3차원 그래픽 오브젝트 형성 수단의 제어 하에 3차원 그래픽 오브젝트에 기초하여 입체 이미지를 형성하는 수단과; 입체 이미지를 사용해서 2차원 이미지와 동일한 크기의 2차원 격자 이미지를 인쇄한 입체 이미지로부터 얻은 2차원 격자 이미지를 기초하여 2차원 이미지를 보정하는 수단을; 포함하여 구성되는 입체 이미지 보정장치에 의해 제어되어, 3차원 입체 성형시에도 이미지가 훼손되지 않는 오차 보정을 거친 2차원 이미지가 드럼에 그려지도록 레이저 빔을 주사함을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치.
청구항 8에 있어서,
상기 입체 이미지 보정장치는, 등각 사상을 각 요소에 적용하고 서로 조합하여 2차원 이미지를 획득할 수 있도록 함을 특징으로 하는 3차원 서페이스 인쇄장치.