KR101622054B1 - 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노섬유 제조장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기방사 기법에 3차원 프린팅 기술을 접목시켜 입체형상의 나노섬유를 제조함에 있어, 전기장 불규칙으로 인해 나노섬유의 두께 편차가 발생하지 않도록 한 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 3D스캐너로 스캐닝한 데이터를 이용하여, 입체형상물을 만드는 3D프린터; 상기 3D프린터에 설치된 상태로, 상기 3D프린터로 만든 상기 입체형상물의 표면에 전기적 반발력에 의해 전하를 띈 고분자 용액 젯을 방사하여 입체형상의 나노섬유가 제조되도록 한 전기방사기; 및, 상기 전기방사기에 설치된 상태로, 상기 입체형상물의 굴곡을 따라 이동하면서 상기 전기방사기의 분사노즐과 상기 입체형상물 상호 간의 거리를 실시간으로 측정을 하는 동시에 상기 분사노즐의 위치를 조정케 된 카메라 비전시스템;으로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치 및 그 방법{MANUFACTURING METHOD, THE SAME AND NANO FIBER MANUFACTURING EQUIPMENT USING ELECTROSPINNING}

본 발명은 나노섬유 제조장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기방사 기법에 3차원 프린팅 기술을 접목시켜 입체형상의 나노섬유를 제조함에 있어, 전기장 불규칙으로 인해 나노섬유의 두께 편차가 발생하지 않도록 한 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치 및 그 방법에 관한 것이다.

전기방사(electrospinning)는, 나노섬유(nano fiber)를 제작하는데 가장 널리 활용되고 있는 기술(기법)로써, 제작의 간편함, 소재의 선택 제한이 여타 공정에 비해 적다는 장점을 가지고 있다.

이러한 전기방사 기법은, 1930년대 초 Formhals가 고분자 용액에 높은 전압을 가해 정전기적 반발력으로 섬유를 생산하는 장치를 개발함으로써 최초로 소개되었으나, 긴 역사에 비해 낮은 생산성, 균일하지 않은 섬유 직경, 생산된 섬유의 낮은 기계적 성질 등으로 인해 오랫동안 주목받지 못하다가 1990년대 이후 나노기술이 21세기 핵심기술로 대두됨에 따라 과학기술계 전반에 걸친 관심의 대상이 되고 있다.

특히, 수십에서 수백 나노미터(Nano meter) 직경의 초극세 섬유를 얻을 수 있는 방법 중에서도 전기방사 기법은 다른 제조법에 비해 그 원리와 장비가 간단하고 적용이 쉬워 공업화에 가장 유리한 것으로 여겨지고 있으며, 최근에는 제품의 생산량과 품질을 만족시키는 양산화 기술이 확립되어 다양한 분야에 적용하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

한편, 통상의 전기방사기(電氣放射器, Electric radiator)는, 방사용액을 공급하는 토출부(Syringe), 전기장 형성을 위한 전압발생장치(High voltage supply), 나노섬유를 적층시키는 콜렉터(Collector)의 세 부분으로 크게 구성되는바, 용융 또는 용매에 용해된 고분자 용액에 전기적인 힘을 가하게 되면, 표면장력에 의해 방사구 끝에 맺혀있던 고분자 용액의 액체 표면으로 전하가 유도되고, 유도된 전하의 상호 반발력에 의한 힘이 표면장력과 반대방향으로 생기게 된다. 이때, 고분자 용액 방울의 표면장력을 넘어서는 임계전압 이상이 가해지면 전기적 반발력에 의해 전하를 띈 고분자 용액 젯(jet)이 방출되는데, 이 젯이 공기 중을 날아가는 동안 가늘게 찢어져 섬유화되고 용매는 휘발되어 콜렉터 상에는 초극세 섬유가 적층된 부직포 형태의 웹(Web)이 만들어진다.

이렇게 형성된 전기방사 웹은 나노범위 직경의 섬유집합체로 이루어져 유연하고 부드러운 촉감을 구현할 수 있으며, 초박막·초경량이라는 특성을 갖는다. 또한, 수많은 미세 공극 구조로 인해 호흡성(breathability)을 가지게 되어 내부의 수증기나 땀을 배출하는 투습성(moisture permeability, 透濕性)과 공기투과성을 보이며, 공기를 함유할 수 있는 공간이 많아 보온성의 장점까지 함께 지닌다.

이러한 전기방사 나노섬유 웹은 다양한 고분자로 제작할 수 있으며, 섬유의 직경 및 표면, 기공 구조와 기공률, 단면 구조 등을 조절하여 최종 제품의 물성제어가 가능하므로 고품질, 고성능의 고부가가치 섬유제품뿐 아니라 생명공학, 의료, 환경공학 및 에너지 저장장치 등 다양한 분야로의 응용이 시도되고 있다.

그 중에서도, 최근 들어 큰 이슈가 되고 있는, 얇은 막을 바닥부터 꼭대기까지 쌓아 올려 입체적인 형태를 가진 물건을 만드는 3D(three Dimension, 3차원, 입체) 프린팅(printing) 기술을 접목시켜, 2차원 구조를 넘어 3차원 구조를 갖는 입체형상의 나노섬유 제조를 위한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다.

이러한 기술적 사상을 기반으로 하여, 대한민국등록특허 제10-0857193호를 통해, 멀티노즐을 자동으로 제어하여 고분자방사원액을 전기방사에 의해 3차원 구조의 나노섬유를 제조하는 멀티노즐 자동제어 전기방사기 및 그를 이용한 전기방사방법에 개시된바 있으나, 전기방사를 위해 고압의 양극성(+) 및 음극성(-)의 전압을 인가하여야 하는데, 나노섬유 방사의 대상이 되는 물품이 입체일 경우에는 전기장의 분포가 달라져 방사되는 나노섬유의 불안정 운동(whipping motion)으로 인해 집적면 전체에 무분별하게 집적되는 문제점이 있다.

따라서, 종래 기술에 따른 전기방사의 기술로는 집적되는 나노섬유의 형상을 제어하기 곤란하다는 단점이 있어, 전술한 기술적 제반문제점을 극복하기 위한 기술개발이 시급한 실정에 있다.

대한민국등록특허 제10-0857193호 (등록일자 : 2008. 09. 01.)

본 발명의 목적은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기방사기의 분사노즐과 3D프린터로 만든 입체형상물의 상호 간의 실시간 거리측정 또는 입체형상물과 입체형상물의 3차원 도면과의 위치차이 보정을 통해, 상기 분사노즐과 입체형상물의 간격편차가 발생방지에 따른 일정한 전기장의 형성 및 용액 젯의 분사로 나노섬유의 두께가 균일할 수 있도록 하는 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 전술한 기술적 사상과 목적 및 효과의 달성이 가능할 수 있도록 하는 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 3D스캐너로 스캐닝한 데이터를 이용하여, 입체형상물을 만드는 3D프린터; 상기 3D프린터에 설치된 상태로, 상기 3D프린터로 만든 상기 입체형상물의 표면에 전기적 반발력에 의해 전하를 띈 고분자 용액 젯을 방사하여 입체형상의 나노섬유가 제조되도록 한 전기방사기; 및, 상기 전기방사기에 설치된 상태로, 상기 입체형상물의 굴곡을 따라 이동하면서 상기 전기방사기의 분사노즐과 상기 입체형상물 상호 간의 거리를 실시간으로 측정을 하는 동시에 상기 분사노즐의 위치를 조정케 된 카메라 비전시스템;으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 3D스캐너로 스캐닝한 데이터를 이용하여, 입체형상물을 만드는 3D프린터; 상기 3D프린터에 설치된 상태로, 상기 3D프린터로 만든 상기 입체형상물의 표면에 전기적 반발력에 의해 전하를 띈 고분자 용액 젯을 방사하여 입체형상의 나노섬유가 제조되도록 한 전기방사기; 및, 상기 전기방사기에 설치된 상태로, 상기 3D프린터에 의해 만들어진 실제의 입체형상물과 상기 입체형상물의 3차원 도면과의 위치차이를 보정하여 상기 전기방사기에 구비된 분사노즐의 위치가 조정되도록 하는 도면-실물 일치시스템;으로 구성된 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 카메라 비전시스템에는, 상기 분사노즐과 상기 입체형상물 상호 간의 실시간 거리측정을 위한 거리측정시스템을 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기 거리측정시스템은, 상기 분사노즐이 위치한 현재지점과 상기 입체형상물의 거리를 측정하고, 상기 분사노즐 이동방향으로의 위치변화를 계산하여 상기 입체형상물과 수직방향을 유지토록 하는 각도 계산을 위한 스테레오 카메라 또는 레이저발광기임을 특징으로 한다.

이와 함께, 본 발명에 따른 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조방법은, 3D스캐너에 의한 3차원 형상데이터를 3D프린터에 입력 및 입력된 형상데이터를 토대로 상기 3D프린터를 이용한 입체형상물을 제작하는 단계; 상기 입체형상물 표면에 전도성 물질을 도포하는 단계; 나노섬유 방사면적에 따른 유한요소 크기 입력 및 입력된 데이터를 변환하고, 유한요소 중점 위치, 수직방향 각도를 계산하는 단계; 전기방사기의 분사노즐 이송경로를 계산하는 단계; 상기 분사노즐의 초기위치 이송 및 상기 전기방사기를 이용한 나노섬유 방사를 시작하는 단계; 상기 분사노즐의 방사목표위치 및 회전각도 보간을 계산하는 단계; 상기 분사노즐을 X,Y,Z 방향으로 이송시키고 상기 입체형상물과 상호 직각을 이루도록 임의각으로 회전시키는 단계; 및, 상기 각 단계에 따른 전기방사의 완료 여부를 파악하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 전기방사의 완료 여부를 파악하는 단계 이후에는, 나노섬유 제조를 종료하거나 또는 추가 방사로 상기 분사노즐의 다음 방사위치 목표값을 설정하는 단계;를 더 포함함을 특징으로 한다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이, 본 발명의 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치 및 그 방법은, 용액 젯을 방사하는 전기방사기의 분사노즐과 3D프린터로 만든 입체형상물 상호 간의 간격이 일률적이고도 정확하게 유지됨으로써, 입체형상물의 표면에 집적되는 나노섬유의 형상제어가 가능함을 물론이거니와 제작되는 나노섬유 기반 구조물의 두께 유지 및 조절이 가능하여 뛰어난 수준의 기하정밀도를 나타내는 효과가 있다.

또한, 나노섬유 기반 구조물의 제작시 타 공정에 비해, 작업속도와 작업시간이 신속하면서도 정교하게 되는 등의 많은 이점을 가져다주어, 목적하고자 하는 맞춤형 제품의 정밀 나노섬유 방사기술의 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

이와 함께, 지금까지의 각종 효과 달성에 따라, 의료용 섬유소재의 원천기술 확보를 통해 대부분 수입에 의존하고 있는 의료기기 제품의 국산화로 수입 대체효과 및 선진 의료시장 진출에 기여할 수 있음과 더불어 나노융합기술을 활용한 생활용 충격완화소재 및 군용 방탄소재의 개발, 충격흡수용 기능성 섬유소재의 원천기술 확보 및 제품화, 차량 경량화 기술확보로 자동차산업 기술력 강화, 신 산업용 섬유제품 사업화 기반 마련 등 각종 산업분야의 발전과 활성화에 크게 이바지할 수 있는 아주 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치에 있어서, 나노섬유가 표면에 방사된 3D프린터로 만든 입체형상물을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치의 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조방법을 단계적으로 나타낸 블럭도.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 중 도 1은 본 발명에 따른 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치에 있어서 나노섬유가 표면에 방사된 3D프린터로 만든 입체형상물을 나타낸 예시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치의 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조방법을 단계적으로 나타낸 블럭도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치(A)는, 3D스캐너로 스캐닝(scanning)한 데이터를 이용하여 입체형상물(10)을 만드는 3D프린터(1), 상기 3D프린터(1)로 만든 입체형상물(10)의 표면에 전기적 반발력에 의해 전하를 띈 고분자 용액 젯(jet)을 방사하여 입체형상의 나노섬유(20)가 제조되도록 한 전기방사기(2), 상기 입체형상물(10)의 굴곡을 따라 이동하면서 상기 전기방사기(2)의 분사노즐과 입체형상물 상호 간의 거리를 실시간으로 측정을 하는 동시에 상기 분사노즐의 위치를 조정케 된 카메라 비전시스템(3)으로 구성된다.

3D프린터(1)는, 컴퓨터 디자인 프로그램으로 만든 3차원(3D) 도면을 바탕으로 실물의 입체 모양 그대로 찍어내는 기계장치이고, 전기방사기(2)는, 상기 3D프린터(1)의 콜렉터 상에 놓인 입체형상물(10) 표면에 용액 젯을 방출시켜 초극세 섬유가 적층된 부직포 형태의 웹(web)을 만들어내는 기계장치이다.

여기서, 상기 전기방사기(2)에는, 앞서 설명한 바와 같이, 고분자 용액 젯을 방사하기 위한 분사노즐(도시하지 않음)이 구비되어 있는바, 입체형상물(10)에 나노섬유를 입히(도포)기 위한 전기방사를 진행함에 있어 상기한 입체형상물(10)의 표면 굴곡을 따라 X,Y,Z 축으로 자유롭게 이동 및 회전이 가능하다.

이를 위한 상기 분사노즐의 이동과 회전 및 임의각(θ) 변경은, 모터 구동에 따른 각도제어로 가능하며, 그 제어시스템은 4개의 모터를 제어하는 것으로 구성되고, 상기 분사노즐 끝단과 입체형상물(10)의 위치를 계산하여 상호 일정 거리를 유지할 수 있도록 한다.

카메라 비전시스템(3)은, 상기 입체형상물(10)의 굴곡을 따라 이동하면서 상기 분사노즐과 입체형상물 상호 간의 거리를 실시간으로 측정하고 상기 분사노즐의 위치를 조정해 주기 위한 것으로, 실시간 거리측정을 위한 별도의 거리측정시스템(도시하지 않음)을 더 포함한다.

상기 거리측정시스템은, 분사노즐이 위치한 현재지점과 입체형상물(10) 사이의 거리를 측정하고, 상기 분사노즐 이동방향으로의 위치변화(거리)를 계산하여 상기 입체형상물(10)과 수직방향을 유지토록 하는 각도의 계산을 목적하며, 그러한 거리측정에는 스테레오 카메라를 이용한 측정 또는 레이저/백색광을 이용한 측정(광삼각법) 등의 다양한 방법으로 적용 가능하다.

상기 입체형상물(10)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 섬유제품뿐 아니라 생명공학, 의료, 환경공학 및 에너지 저장장치 등 다양한 분야에서 목적하고자 하는 특수 형태의 모형(안면 윤곽과 같은 인체 일부 등)일 수 있으며, 그 외면에는 형상표면을 따라 전류가 흐를 수 있도록 전도성(傳導性, conductive) 물질을 도포하여 전기방사가 가능토록 한다.

한편, 상기 카메라 비전시스템(3)을 대신해서, 상기 3D프린터(1)에 의해 만들어진 실제(실물)의 입체형상물(10)과 상기 입체형상물(10)의 3차원 도면과의 위치차이를 보정하여 상기 전기방사기(2)의 분사노즐 위치가 조정되도록 하는 도면-실물 일치시스템(4)으로 대체할 수도 있다.

이 경우, 별도의 장착지그(도시하지 않음)와 카메라(도시하지 않음)를 통해 상기 입체형상물(10)을 정확한 위치에 고정장착할 수 있는바, 상기 카메라에서 측정된 입체형상물(10)의 이미지와 입체형상물의 3차원 도면을 비교하여 상기 3D프린터(1)의 콜렉터 상에 놓인 입체형상물(10)의 위치와 각도를 계산하여 틀어진 위치의 보정이 가능하다.

이와 함께, 본 발명에 따른 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 3D스캐너에 의한 3차원 형상데이터를 3D프린터(1)에 입력 및 입력된 그 데이터를 토대로 3D프린터(1)를 이용한 입체형상물(10)을 제작하는 단계(S110), 상기 입체형상물(10) 표면에 전도성 물질을 도포하는 단계(S120), 나노섬유 방사면적에 따른 유한요소(有限要素, Finite Elements) 크기 입력 및 입력된 그 데이터를 변환하고, 유한요소 중점 위치, 수직방향 각도를 계산하는 단계(S130), 전기방사기(2)의 분사노즐 이송경로를 계산하는 단계(S140), 상기 분사노즐의 초기위치 이송 및 전기방사기(2)를 이용한 나노섬유 방사를 시작하는 단계(S150), 상기 분사노즐의 방사목표위치 및 회전각도 보간(interpolation, 補間)을 계산하는 단계(S160), 상기 분사노즐을 X,Y,Z 방향으로 이송시키고 상기 입체형상물(10)과 상호 직각을 이루도록 임의각(θ)으로 회전시키는 단계(S170), 상기 각 단계 진행에 따른 전기방사의 완료 여부를 파악하는 단계(S180)로 이루어진다.

더하여, 상기 전기방사의 완료 여부를 파악하는 단계(S180) 이후에는, 나노섬유 제조를 종료하거나 또는 전기방사 미완료가 확인될 경우 추가 방사의 공정으로 상기 분사노즐의 다음 방사위치 목표값을 설정하는 단계(S190)가 더 포함된다.

상기와 같은 구성으로 되는 본 발명에 따른 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 3D스캐너로 스캐닝한 형상데이터를 이용하여 원하는 형태의 내부가 빈 입체형상물(10)을 상기 3D프린터(1)로 만든 다음, 후가공을 통해 내부의 지지부는 모두 제거하고 내부 또는 외부에 전도성 물질을 도포하여 전류의 흐름을 이용한 전기방사 실시가 가능토록 준비한다(단계 : S110).

이후, 상기 전기방사기(2)를 이용하여 3D프린터(1)로 만든 입체형상물(10)의 그 표면에 고분자 용액 젯을 분사노즐로 방사(도포)하여, 상기 입체형상물(10) 상에 덧입혀지는 입체형상의 나노섬유(20)를 제조하게 되는 것이다(단계 : S150).

이때, 상기 전기방사기(2)의 분사노즐과 입체형상물(10) 서로 간의 거리를 일정하게 유지시켜주는바, 이를 위한 방법으로 상기 카메라 비전시스템(3)을 이용하여 분사노즐과 입체형상물(10)의 실시간 거리측정을 통해 상기 분사노즐의 거리를 유지시키거나, 또는 상기 도면-실물 일치시스템(4)을 이용하여 입체형상물(10)과 입체형상물의 3차원 도면과의 위치차이 보정을 통해 분사노즐의 거리를 유지시킬 수 있다.

우선, 실시간 거리측정을 통한 거리유지방법은, 상기 카메라 비전시스템에 장착된 거리측정시스템을 이용하여 상기 분사노즐이 위치한 현재 지점과 입체형상물(10) 사이의 거리를 측정한다.

그리고, 상기 분사노즐 이동방향으로의 위치 변화(거리)를 계산하여 입체형상물(10)로부터 분사노즐이 수직한 상태가 유지되도록 하기 위한 각도를 계산하며, 이렇게 계산된 거리와 각도 값을 이용하여 상기 분사노즐의 위치와 입체형상물(10)과의 거리가 유지되도록 할 수 있다.

그리고, 기존 3차원 도면을 이용한 거리유지방법은, 3D프린터(1)로 만든 입체형상물(10)과 입체형상물의 3차원 도면과의 위치차이를 보정하는 과정이 필요한바, 별도로 장착된 카메라에서 측정된 입체형상물(10)의 이미지와 입체형상물의 3차원 도면을 비교하여 콜렉터 상에 놓인 상기 입체형상물(10)의 위치와 틀어진 각도를 계산하여 위치보정을 할 수 있다.

그리고, 현재의 분사노즐이 입체형상물(10)과 수직방향으로 일정한 거리를 유지하기 위해 필요한 이동 각도와 이동 위치 값은 상기 입체형상물(10)의 3차원 도면을 통해 얻은 위치 값을 이용하여 얻을 수 있다.

정리하자면, 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치(A) 및 나노섬유 제조방법을 이용하여, 분사노즐과 입체형상물(10) 상호 간의 거리(간격)가 지속적으로 유지됨으로써, 상기 전기방사기(2)의 분사노즐로부터 방사되는 용액 젯의 일정한 분사를 통해 나노섬유의 두께가 균일하여 나노섬유의 기하정밀도가 매우 뛰어난 효과를 거둘 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명을 바람직한 실시 예를 이용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

A : 나노섬유 제조장치, 1 : 3D프린터
2 : 전기방사기, 3 : 카메라 비전시스템
4 : 도면-실물 일치시스템, 10 : 입체형상물
20 : 나노섬유

Claims (6)

1. 3D스캐너로 스캐닝한 데이터를 이용하여, 입체형상물을 만드는 3D프린터;
   상기 3D프린터에 설치된 상태로, 상기 3D프린터로 만든 상기 입체형상물의 표면에 전기적 반발력에 의해 전하를 띈 고분자 용액 젯을 방사하여 입체형상의 나노섬유가 제조되도록 한 전기방사기; 및,
   상기 전기방사기에 설치된 상태로, 상기 입체형상물의 굴곡을 따라 이동하면서 상기 전기방사기의 분사노즐과 상기 입체형상물 상호 간의 거리를 실시간으로 측정을 하는 동시에 상기 분사노즐의 위치를 조정케 된 카메라 비전시스템;으로 구성된 것을 특징으로 하는 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치.
   
2. 3D스캐너로 스캐닝한 데이터를 이용하여, 입체형상물을 만드는 3D프린터;
   상기 3D프린터에 설치된 상태로, 상기 3D프린터로 만든 상기 입체형상물의 표면에 전기적 반발력에 의해 전하를 띈 고분자 용액 젯을 방사하여 입체형상의 나노섬유가 제조되도록 한 전기방사기; 및,
   상기 전기방사기에 설치된 상태로, 상기 3D프린터에 의해 만들어진 실제의 입체형상물과 상기 입체형상물의 3차원 도면과의 위치차이를 보정하여 상기 전기방사기에 구비된 분사노즐의 위치가 조정되도록 하는 도면-실물 일치시스템;으로 구성된 것을 특징으로 하는 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 카메라 비전시스템에는, 상기 분사노즐과 상기 입체형상물 상호 간의 실시간 거리측정을 위한 거리측정시스템을 포함함을 특징으로 하는 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 거리측정시스템은, 상기 분사노즐이 위치한 현재지점과 상기 입체형상물의 거리를 측정하고, 상기 분사노즐 이동방향으로의 위치변화를 계산하여 상기 입체형상물과 수직방향을 유지토록 하는 각도 계산을 위한 스테레오 카메라 또는 레이저발광기임을 특징으로 하는 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조장치.
   
5. 3D스캐너에 의한 3차원 형상데이터를 3D프린터에 입력 및 입력된 형상데이터를 토대로 상기 3D프린터를 이용한 입체형상물을 제작하는 단계;
   상기 입체형상물 표면에 전도성 물질을 도포하는 단계;
   나노섬유 방사면적에 따른 유한요소 크기 입력 및 입력된 데이터를 변환하고, 유한요소 중점 위치, 수직방향 각도를 계산하는 단계;
   전기방사기의 분사노즐 이송경로를 계산하는 단계;
   상기 분사노즐의 초기위치 이송 및 상기 전기방사기를 이용한 나노섬유 방사를 시작하는 단계;
   상기 분사노즐의 방사목표위치 및 회전각도 보간을 계산하는 단계;
   상기 분사노즐을 X,Y,Z 방향으로 이송시키고 상기 입체형상물과 상호 직각을 이루도록 임의각으로 회전시키는 단계; 및,
   상기 각 단계에 따른 전기방사의 완료 여부를 파악하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조방법.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 전기방사의 완료 여부를 파악하는 단계 이후에는, 나노섬유 제조를 종료하거나 또는 추가 방사로 상기 분사노즐의 다음 방사위치 목표값을 설정하는 단계;를 더 포함함을 특징으로 하는 전기방사 기법을 활용한 입체형상 나노섬유 제조방법.

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