KR101509432B1 - 3d프린터 출력물의 표면 쾌속처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3D프린터의 출력물(제품) 표면을 쾌속으로 마감처리하여 출력물 표면에 남아있는 돌출면 등을 매끄럽고 깨끗하게 가공하기 위한 3D프린터 출력물의 표면 쾌속처리장치에 관한 것이다.
본 발명은, 유리문(12)이 개폐되는 본체(1) 내부에 3D프린터로 출력한 제품을 넣어서 표면처리작업을 수행하는 훈증실(3)과; 상기 훈증실(3) 내부에서 표면처리를 위한 제품을 올려놓는 작업대(33)와; 상기 작업대(33) 위로 아세톤훈증이 공급되는 아세톤훈증 샤워기(31)와; 상기 아세톤훈증이 완료된 제품 표면에 표면마감재를 도포하는 서페이스 샤워기(32)와; 상기 훈증실(3)내 아세톤훈증 샤워기(31)와 서페이스 샤워기(32)에 공급라인(21)(22)을 통해 아세톤훈증 원료와 표면마감재 원료를 공급하는 저장탱크(2)와; 상기 아세톤훈증작업이 완료된 제품 표면을 급속냉동으로 건조시킬 수 있도록 상기 훈증실(3)의 좌우 내벽면에 설치되는 냉각장치(4)로 3D프린터 출력물의 표면 쾌속처리장치를 구성한 것에 요지가 있다.

Description

3D프린터 출력물의 표면 쾌속처리장치{SPEEDY SURFACE FINISHING DEVICE FOR THE PRODUCTS OF 3D-PRINTER}

본 발명은 3D프린터 출력물의 표면 쾌속처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3D프린터의 출력물(제품) 표면을 쾌속으로 마감처리하여 출력물 표면에 남아있는 돌출면 등을 매끄럽고 깨끗하게 가공하기 위한 3D프린터 출력물의 표면 쾌속처리장치에 관한 것이다.

기존 공장에서 만들어지던 제품은 금형(틀)을 만들어 대량으로 제작, 생산하였으나 3D프린터는 다양한 형태와 구조의 여러 제품을 금형없이 소량 생산이 가능하게 함으로써 전통적인 금형제작(CNC)장치를 대체하여 시제품 제작에 소요되는 시간과 비용을 단축시키는 이점 등으로 내연기관과 켬퓨터에 이어 3차 산업혁명을 이끌 기술 중 하나로 각광받고 있다.

이러한 3D프린터는 이미 1980년대에 개발되어 SLA(Stereo Lithography Apparatus)방식, SLS(Selective Laser Sinternign)방식, FDM(Fused Deposition Modeling)방식 등의 다양한 방식과 기술로 진화하고 있고 원천기술 특허권도 그 기간이 만료되면서 누구나 손쉽고 자유롭게 사용할 수 있는 개인용 3D프린터로 더욱 진화, 발전하고 있다. 상기 3D프린터에 관해서는 참고문헌1 내지 참고문헌5를 참조할 수 있다.

그 중에서 적층방식(FDM) 3D프린터는 이미 대중화되어 보급되고 있으나 3D프린팅 과정에서 소재를 쌓는 결이 표면에 그대로 남게 되어 깨끗한 표면의 최종 결과물을 만들어 낼 수 없고 이를 제거하기 위한 후가공(표면처리) 역시 수작업에 의존함으로써 많은 시간과 인력이 소요되는 문제점이 있다.

즉, 적층방식(FDM) 3D프린터는 소재를 적층하는 정밀도의 차이에 따라 출력된 출력물(제품, 이하 제품이라 함.) 표면에 결이 돌출된 그대로 남아 있게 되어 출력된 제품을 바로 사용할 수 없는 경우가 많으므로 제품의 완성도를 높이기 위해서는 제품 표면에 돌출 형성되는 결을 제거할 수 있는 기술의 개발이 요구되었다. 이하 이를 상세히 살펴본다.

SLA방식, SLS방식, FDM방식, DLP방식 등의 다양한 3D프린터는 소재 종류가 제한적이며 제품의 제조속도, 완성도, 강도, 정밀도 등에서 차이가 크지만 기술개발의 속도와 보급에 가속도가 붙고 있으며 그 중 FDM방식 3D프린터는 개인 상용화 등 대중화에 가장 앞서고 있다.

이러한 FDM방식 3D프린터는 주재료로 ABS수지를 사용하는 데 소재를 적층하는 정밀도의 차이에 따라 출력된 제품 표면에 결이 남아 있게 되므로 이러한 제품 표면의 불필요한 결(돌출물)을 제거하기 위해서는 사포 등으로 표면을 수작업으로 문질러 일일히 제거하는 표면적인 방법에 의존하고 있다.(일례: 미국 formlabs사의 후처리를 위한 form finish kit) 그러나 이러한 종래 수작업에 의존한 표면처리작업은 능숙도에 따라 작업시간과 품질에 차이가 나고 생산성도 떨어지는 문제가 있다. (도 1 참조)

이에 따라 연마석을 이용한 바렐공정으로 제품 표면을 매끄럽게 연마하는 방식과 제품 표면에 아세톤성분을 발라서 표면을 매끄럽게 하는 방식 등이 개발되고 있다.

도 2와 같이 연마석을 이용한 표면처리방식[Stratasys(회사명)의 Mass finishing(제품명)]은; 진동형, 원형 두가지 형태로 연마석이 들어있는 기계에 제품을 넣어 진동시키거나 원형통에 연마석과 제품을 함께 넣어 기계를 돌리는 방식으로 기계 내부에서 연마석과 제품이 함께 뒤섞이는 과정에서 제품 표면이 연마석에의해 연마되어 제거되도록 하는 방식이다.

이러한 표면처리방식은 크기가 작은 제품은 그에 맞는 작은 크기의 연마석을 이용하여야 하는 등, 작은 제품의 가공시에 어려움이 많고 연마과정에서 발생되는 분진이 제품 표면에 달라붙는 등의 문제가 있다.

또, 도 3과 같이 마감 마커를 이용한 표면처리방식[Kickstarter(회사명)의 Makeraser(제품명)]은; 아세톤 성분을 함유한 스틱 형태의 마감 마커로 ABS소재의 제품표면에 아세톤성분을 발라주면 아세톤이 증발하면서 표면을 매끄럽고 강하게 만들어 주는 방식으로, 접착제와 같이 붙일 수 있고 출력후 남은 찌꺼기나 지지대를 제거하는 데 사용가능한 등의 장점이 있는 반면 제품의 크기가 커질 수록 많은 시간과 노동력이 요구되는 문제점이 있다.

한편, 도 4와 같이 3D프린터로 출력한 제품 표면에 아세톤 훈증을 가하여 표면의 돌출부분을 녹여 내리는 작업이 시행되고 있으나 이는 출력물에 아세톤 훈증을 가하고 디테일부분을 복원하는 작업을 최소 2~3회에 걸쳐 반복하게 되므로 인력과 시간이 많이 소요되는 등 작업성이 생산성이 매우 저조하였고, 아세톤 훈증과 복원의 반복작업에 상당한 숙련도가 요구되는 등의 문제점이 있다.

(참고문헌1) 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0085273호.(2007.08.27.) (참고문헌2) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0014395호.(2009.02.10.) (참고문헌3) 대한민국 등록특허공보 제10-1295611호. (2013.08.13.) (참고문헌4) 대한민국 등록특허공보 제10-1346704호. (2013.12.31.) (참고문헌5) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0035285호. (2014.03.25.)

본 발명은 출력물 표면을 아세톤 화학반응작용을 이용해 부드럽게 가공하고, 또 급속냉각에의한 건조를 통해 형태변형을 방지하며, 도색을 위한 표면마감재를 도포하여 고품질의 도색이 가능하게 하고, 이러한 표면처리과정을 자동으로 쾌속 진행할 수 있도록 3D프린터 출력물의 표면 쾌속처리장치를 구성하고자 한다.

즉, 본 발명은 3D프린터로 출력한 제품을 바로 옮겨 넣기만 하면 사람 손을 거치지 않고 3D프린팅 과정에서 제품 표면에 돌출형성되는 결(돌출물)을 매끄럽고 깨끗하게 쾌속으로 가공처리하는 3D프린터 출력물의 표면 쾌속처리장치를 제공하고자 한다.

상기 과제해결을 위한 본 발명은,

[청구항1]에 기재된 발명에 따르면; 3D프린터로 출력한 제품을 넣어서 표면처리작업을 수행하는 훈증실과; 상기 훈증실 내부에서 표면처리를 위한 제품을 올려놓는 작업대와; 상기 작업대 위로 아세톤훈증이 공급되는 아세톤훈증 샤워기로 이루어진 3D프린터 출력물의 표면 쾌속처리장치에 있어서, 상기 훈증실의 좌우 내벽면에 냉매가 흐르는 냉각파이프를 설치하여 아세톤훈증 샤워기의 훈증작업이 완료된 제품표면을 급속냉각으로 건조시키는 냉각장치와; 상기 냉각장치의 급속냉각을 통해 건조된 제품표면에 도색을 위해 표면마감재를 도포하는 서페이스 샤워기;를 구비한 것을 특징으로 한다.

[청구항2]에 기재된 발명에 따르면; 제 1 항에 있어서, 상기 아세톤훈증과 표면마감재가 공급되는 아세톤훈증 샤워기와 서페이스 샤워기는; 내부 중앙을 향해 원료를 분출하는 다수의 분출공을 형성한 띠 형태로 구성하여 내부 중앙에 제품을 위치시키고 사방에서 원료를 분출시킬 수 있게 구성한 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명은, 3D프린터 출력물을 바로 옮겨 넣기만 하면 복잡한 표면처리작업없이 간편한 표면처리기술로 바로 후가공 표면처리할 수 있고 매끈하게 표면처리된 제품은 완성도가 높아 바로 사용 및 활용이 가능함으로써 빠른 완제품 생산을 도와 3D프린터 출력에 의한 제품제조시간과 비용, 인력을 절감하여 향상된 생산성 등의 상당한 경제적 이익 등을 기대할 수 있다.

또, 본 발명은 3D프린터로 출력한 제품을 바로 옮겨 넣기만 하면 사람 손을 거치지 않고 3D프린팅 과정에서 제품 표면에 돌출형성되는 결(돌출물)을 매끄럽고 깨끗하게 가공할 수 있고 또 이러한 표면처리과정을 간편하고 신속하게 쾌속으로 처리할 수 있게 되어 3D프린터 출력 제품의 표면처리 공정을 간소화할 뿐만 아니라 작업안전성 확보와 생산성 증대 등에 기여할 수 있다.

또, 본 발명은 3D프린터 출력 제품의 후처리 자동화산업의 성공적인 도약과 함께 3D프린터 산업 전반의 발전을 촉진하고 기술개발향상 등에 기여할 수 있다.

도 1은 3D프린터 출력 제품의 보편적인 표면처리방식 공정도.
도 2, 3은 3D프린터 출력 제품의 종래 표면처리방식 제품사진.
도 4는 3D프린터 출력 제품의 종래 표면처리방식 공정도.
도 5은 본 발명에 의한 3D프린터 출력 제품 표면처리방식 공정도.
도 6, 7은 본 발명의 일실시예를 보인 사시도.
도 8은 본 발명의 정면도.
도 9은 본 발명의 배면 사시도

본 발명은, 3D프린터로 출력한 제품의 표면을 아세톤 화학반응을 이용하여 부드럽고 매끈하게 쾌속으로 마감처리하여 출력물 표면에 남아있는 결 등의 불필요한 돌출면을 매끄럽고 깨끗하게 가공할 수 있도록 3D프린터 출력물의 표면 쾌속처리장치를 구성한 것에 특징이 있다.

본 발명은; 3D프린터로 출력한 제품을 넣어서 제품 표면에 아세톤 훈증샤워를 시키기 위한 훈증실 등이 갖춰진 본체와, 본체 일측에서 아세톤훈증 원료와 표면마감재 원료를 본체로 공급하는 저장탱크로 대분된다.

본체는 하우징 내부로 훈증실이 마련되고, 훈증실의 정면은 내부로 제품을 수납, 인출할 수 있고 또 외부에서 작업상황을 확인할 수 있도록 유리문을 개폐가능하게 설치한다.

상기 훈증실 내부에는 제품을 올려지는 작업대가 마련되고 작업대 상부로 아세톤훈증샤워기와 서페이스 샤워기가 설치된다.

상기 아세톤훈증샤워기와 서페이스 샤워기는 내부에 아세톤훈증, 표면마감재를 등을 공급하여 분출시키기 위한 분출공이 형성된 파이프를 사각테 또는 원형테 등으로 형성하여 구성한다.

상기 아세톤훈증 샤워기와 서페이스 샤워기가 설치된 훈증실 좌우 내벽면에는 아세톤훈증작업이 끝난 제품을 냉각시키기 위한 냉각기가 설치된다.

그리고, 상기 훈증실이 형성된 본체 상부에는 훈증기를 외부로 배출시키기 위한 환기덕트가 설치된다.

이하에 본 발명의 실시내용을 첨부 도면과 함께 구체적으로 살펴본다.

도 5은 본 발명에 의한 3D프린터 출력 제품 표면처리방식 공정도, 도 6, 7은 본 발명의 일실시예를 보인 사시도, 도 8은 본 발명의 정면도, 도 9은 본 발명의 배면 사시도이다.

본체(1) 하우징 내부에는 3D프린터로 출력한 제품을 넣어서 표면처리작업을 수행할 수 있는 훈증실(3)를 형성하고, 훈증실(3)이 형성된 정면에는 훈증실(3)내로 제품을 수납, 인출할 수 있도록 유리문(12)을 개폐가능하게 설치한다.

그리고, 상기 유리문(12)이 형성된 본체(1)에는 표면처리작업을 위한 제품의 크기, 표면의 거칠기 등에 따라 내부 훈증실(3)의 아세톤훈증, 표면마감재의 공급량과 도포시간 등을 설정하고 조작할 수 있도록 콘트롤패널(14)을 설치하고, 본체(1) 상부에는 훈증실(3) 내부 훈증기를 외부로 배출시키기 위한 환기 덕트(11)를 형성한다.

상기 훈증실(3)은 하부 바닥면에 표면처리를 위한 제품을 올려놓는 작업대(33)를 마련하고 상기 작업대(33) 위로 아세톤훈증이 공급되는 아세톤훈증 샤워기(31)와, 아세톤훈증이 완료된 제품 표면에 표면마감재를 도포하기 위한 서페이스 샤워기(32)를 설치한다.

그리고 상기 본체(1)의 훈증실(3)내 아세톤훈증 샤워기(31)와 서페이스 샤워기(32)는 공급라인(21)(22)으로 연결된 저장탱크(2)를 통해 아세톤훈증 원료와 표면마감재 원료가 공급된다.

상기 아세톤훈증과 표면마감재가 공급되는 아세톤훈증 샤워기(31)와 서페이스 샤워기(32)는 아세톤훈증과 마감재가 원활히 공급될 수 있도록 파이프로 구성함이 바람직하고, 또 작업대(33) 위의 제품을 내부 중앙에 위치시키고 사방에서 분출될 수 있도록 도시한 예와 같이 사각테 또는 원형테 등의 띠형태로 형성하고, 내부 중앙의 제품을 향해 사방에서 아세톤훈증과 표면마감재를 분출시킬 수 있도록 제품을 향하는 방향으로 다수의 분출공을 형성한다.

상기와 같이 작업대(33)상부에 설치된 아세톤훈증 샤워기(31)는 아세톤훈증을 제품 표면에 분출시켜 제품 표면을 아세톤 화학반응작용으로 돌출된 결(까끌까끌한 표면)이 녹아내리게 하여 부드럽고 매끈하게 가공한다.

그리고 상기와 같이 아세톤훈증에 의해 부드럽게 가공된 제품은 표면의 액화로 인하여 원하는 않는 성형의 위험요소가 있으므로 급속냉동을 통해 건조시킴으로써 형태가 변형되지 않도록 한다.

이를 위해 훈증실(3)의 좌우 내벽면에는 냉매가 흐르는 냉각파이프로 구성된 냉각장치(4)를 설치하여 상기 아세톤훈증작업이 완료된 제품 표면을 급속냉동으로 건조시킬 수 있게 한다.

상기 냉각장치(4)는 도시한 예와 같이 훈증실(3)의 좌우 내벽면 전체에 걸쳐 구성함으로써 아세톤훈증작업이 끝난 제품 표면 전체를 고루 급속 냉각시킬 수 있도록 함이 바람직하다.

한편, 상기 급속냉각을 통해 건조된 제품 표면에는 도색 등을 위해 서페이스 샤워기(32)를 통해 표면마감재를 충분히 그리고 고루 도포시킴으로써 고품질의 도색이 가능하게 한다.

상기 아세톤훈증 샤워기(31)와 서페이스 샤워기(32)는 작업대(33) 상부에 동일한 규격과 형태 등으로 설치하여 아세톤훈증작업과 마감재도포작업이 균일하고 효율적으로 수행되게 한다.

또 상기 아세톤훈증 샤워기(31)와 서페이스 샤워기(32)는 훈증실(3) 내부에서 자동으로 상하 승강이 반복 작동되도록 구성하여 아세톤훈증과 표면마감재를 분출시키도록 함으로써 제품 표면에 아세톤훈증과 표면마감재를 더욱 균일하고 효과적으로 도포할 수 있도록 실시할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 3D프린터에서 출력한 제품을 넣기만 하면 표면처리작업하면 아세톤훈증과 냉각에 의한 건조, 그리고 표면마감재를 도포하는 일련의 작업과정이 자동으로 신속히 수행되어 3D프린터의 출력 제품을 쾌속으로 표면처리할 수 있다.

본 발명의 실시내용을 구체적으로 설명하기 위해 첨부 도면에 사용한 부호에 대해 설명하면 이하와 같다.
1: 본체 11: 환기 덕트
12: 유리문 13: 콘트롤패널
2: 저장 탱크 21,22: 공급라인
3: 훈증실
31: 아세톤훈증샤워기 32:서페이스(Surface) 샤워기
33:작업대
4: 냉각장치

Claims (3)

1. 3D프린터로 출력한 제품을 넣어서 표면처리작업을 수행하는 훈증실(3)과; 상기 훈증실(3) 내부에서 표면처리를 위한 제품을 올려놓는 작업대(33)와; 상기 작업대(33) 위로 아세톤훈증이 공급되는 아세톤훈증 샤워기(31)로 이루어진 3D프린터 출력물의 표면 쾌속처리장치에 있어서,
   상기 훈증실(3)의 좌우 내벽면에 냉매가 흐르는 냉각파이프를 설치하여 아세톤훈증 샤워기(31)의 훈증작업이 완료된 제품표면을 급속냉각으로 건조시키는 냉각장치(4)와;
   상기 냉각장치(4)의 급속냉각을 통해 건조된 제품표면에 도색을 위해 표면마감재를 도포하는 서페이스 샤워기(32);를 구비한 것을 특징으로 하는 3D프린터 출력물의 표면 쾌속처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 아세톤훈증과 표면마감재가 공급되는 아세톤훈증 샤워기(31)와 서페이스 샤워기(32)는; 내부 중앙을 향해 원료를 분출하는 다수의 분출공을 형성한 띠 형태로 구성하여 내부 중앙에 제품을 위치시키고 사방에서 원료를 분출시킬 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 3D프린터 출력물의 표면 쾌속처리장치.
3. 삭제

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