KR101645418B1 - 전극그리드를 이용하는 입체조형장치의 헤드어셈블리 및 이를 이용한 입체 조형장치 및 이를 이용한 입체조형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전극그리드를 이용하여 면-조형이 가능하여 조형속도를 증대시킬 수 있으며, 입체 조형의 수직 및 수평해상도를 높게 할 수 있으며 후처리 공정을 간소화할 수 있는 입체조형장치로서, 소정의 전하로 하전된 조형재료입자를 전극그리드(12)에 공급하는 조형재료컨테이너(11), 다수 개의 전극셀(121)들이 소정의 패턴으로 배열되어 구성되는 전극그리드(12), 조형재료입자가 부착 또는 탈착되는 작동전극셀(122) 각각에 소정의 전압을 부여하는 제1대전장치(13), 전극그리드(12)가 조형재료컨테이너(11)로부터 조형재료입자를 공급받기 위한 전극그리드(12)와 조형재료컨테이너(11)간의 제1상대위치 및 전극그리드(12)가 조형스테이지(21)에 조형재료입자를 안착시키기 위한 전극그리드(12)와 조형스테이지(21)간의 제2상대위치를 형성하기 위해 전극그리드(12), 조형재료컨테이너(11) 및 조형스테이지(21)를 서로 상대운동시키는 기능을 하는 이송모듈(14)을 포함하여 이루어지고, 작동전극셀(122)에 대한 조형재료입자의 부착 및 탈착은, 제1대전장치(13)로부터 인가되는 소정의 전압에 의해 생성된 작동전극셀(122)과 조형재료입자 간의 전기적 인력 및 척력에 의하는 것을 특징으로 하는 입체조형장치의 헤드어셈블리 및 입체조형장치를 제공한다.

Description

전극그리드를 이용하는 입체조형장치의 헤드어셈블리 및 이를 이용한 입체 조형장치 및 이를 이용한 입체조형방법{3D printer head assembly with a electrode grid and a system therewith and a 3D manufacturing method using it}

본 발명은 3D 조형 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극그리드를 이용하여 면-조형이 가능하여 조형속도를 증대시킬 수 있으며, 입체 조형의 수직 및 수평해상도를 높게 할 수 있으며 후처리 공정을 간소화할 수 있는 3D 조형 장치의 헤드어셈블리 및 입체조형장치, 그리고 이를 이용한 입체조형방법을 제공한다.

3D 프린팅은 제품을 제작하는 방식 중 하나로, 적층 방식을 이용하므로 종래의 절삭가공에 비하여 재료의 손실이 작고, 상대적으로 저렴한 제조 비용이 소요되므로 주로 시제품 제작에 이용하여 왔다. 최근 이 분야의 기술은 시제품 제작을 넘어 차세대 생산기술로서의 가능성을 인정받고 있는데, 제작 속도의 증대, 출력물의 완성도(해상도)가 높아지고, 사용가능한 소재가 다양해지고, 장치의 소형화로 인해 개인들도 이용 접근성이 높아졌기 때문이다.

3D 프린팅의 방식은, 크게 SLA(Stereo Lithography Apparatus), SLS(Selective Laser Sintering), FDM(Fused Deposition Modeling) 등의 방식이 존재한다.

미국 등록특허 제 7074029 호(발명의 명칭 : Accumulation, control and accounting of fluid by-product from a solid deposition modeling process, 이하 종래기술 1이라 한다.)에서는 조형소재를 담지하고 있는 적어도 하나의 조형소재컨테이너, 조형소재컨테이너로부터 단속적인 량만큼의 조형소재를 분리시키는 수단, 분리된 조형소재를 디스펜서로 이동시키는 수단, 조형소재를 플랫폼위에 조형을 위해 층상으로 디스펜싱하는 디스펜서, 과량의 조형소재를 제거하기 위한 수단을 포함하여 구성되는 조형소재공급장치를 개시하고 있다.

US 7074029 B2

종래기술1은, 전형적인 SLS 방식의 입체 조형 방식을 채택함으로써, 평탄화 등 조형준비단계 이후, 조형재료에 대해 레이저 등 광원을 이용, 복잡한 경로로 스캔하여 경화 또는 소결시키는 선-조형에 기반을 두고 있으므로, 조형시간이 길어진다는 문제가 있다. 또한, SLS방식의 입체 조형방식이 갖고 있는 미경화부분 제거 등의 후처리 공정이 불가피하여 총 공정단계가 늘어나고, 총 조형시간이 증가한다.

상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 소정의 전하로 하전된 조형재료입자를 전극그리드(12)에 공급하는 조형재료컨테이너(11), 다수 개의 전극셀(121)들이 소정의 패턴으로 배열되어 구성되는 전극그리드(12), 조형재료입자가 부착 또는 탈착되는 작동전극셀(122) 각각에 소정의 전압을 부여하는 제1대전장치(13), 전극그리드(12)가 조형재료컨테이너(11)로부터 조형재료입자를 공급받기 위한 전극그리드(12)와 조형재료컨테이너(11)간의 제1상대위치 및 전극그리드(12)가 조형스테이지(21)에 조형재료입자를 안착시키기 위한 전극그리드(12)와 조형스테이지(21)간의 제2상대위치를 형성하기 위해 전극그리드(12), 조형재료컨테이너(11) 및 조형스테이지(21)를 서로 상대운동시키는 기능을 하는 이송모듈(14)을 포함하여 이루어지고, 작동전극셀(122)에 대한 조형재료입자의 부착 및 탈착은, 제1대전장치(13)로부터 인가되는 소정의 전압에 의해 생성된 작동전극셀(122)과 조형재료입자 간의 전기적 인력 및 척력에 의하는 것을 특징으로 하는 입체조형장치의 헤드어셈블리를 제공한다.

또한, 이러한 입체조형장치의 헤드어셈블리, 광원모듈(30), 조형스테이지모듈 및 제어모듈(40)을 포함하여 구성되는 입체조형장치를 제공한다.

또한, 이러한 입체조형장치를 이용하여 입체조형물을 조형하는 방법을 제공한다.

본 발명은, 면-조형에 기반을 둔 조형 방식을 이용하여 조형속도를 증대시킬 수 있다는 제1효과, 전극그리드(12)를 이용하여 조형할 부분만을 선택하여 형성함으로써, 후공정을 생략할 수 있다는 제2효과, 미세하게 제조된 전극그리드(12)를 사용함으로써, 수평해상도 뿐만 아니라 수직해상도도 높일 수 있다는 제3효과를 갖는다. 또한, 대면적 조형에 유리하다는 추가적인 효과도 있다.

제1효과와 관련하여, 본 발명은 하나의 조형레이어를 이루는 재료들을 면 레벨에서 한 번에 준비하고, 이를 소결 경화하는 과정도 라인레이저를 이용하는 등 면 기반으로 한꺼번에 수행하면서, 한 레이어를 한 번에 조형하므로 전체 조형시간을 대폭적으로 단축할 수 있다.

제2효과와 관련하여, 본 발명은, 각 조형레이어에 있어 조형물을 이루는 부분만을 선택하여 가져다두고, 이를 소결 용융 시켜 조형레이어를 구성하는 것을 통해, 종래의 SLS 또는 SLA방식의 입체 조형에서와 달리 미경화부분을 추가로 제거하는 등의 절차를 생략하여 공정단계를 축소하고 총조형시간을 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 입체조형장치의 헤드어셈블리 및 본 발명의 입체조형장치의 일실시예를 나타내는 모식도.
도 2는 본 발명의 입체조형장치의 전기적 메커니즘을 설명하는 설명도.
도 3은 본 발명의 전극그리드(12)의 입자부착부의 형상 및 전극그리드(12)의 전극셀(121) 배열 패턴의 일실시예를 나타내는 설명도.
도 4는 격벽그리드를 더 포함하는 본 발명의 평면 형상의 전극셀을 갖는 전극그리드의 일실시예를 나타내는 설명도.
도 5는 본 발명의 전극그리드(12)의 입체형상의 전극셀의 일실시예를 나타내는 설명도.
도 6는 본 발명의 입체조형장치의 제어모듈(40)의 기능을 나타내는 블럭도.
도 7은 본 발명의 입체조형장치의 이송모듈(14)의 일실시예를 나타내는 설명도.
도 8은 본 발명의 입체조형장치의 회전이송판(141)의 일실시예를 나타내는 설명도.

먼저 본 발명에 대한 설명에 사용되는 용어의 의미를 확정하기로 한다. 조형레이어는 적층되어 입체조형물을 이루는 요소이다. 전극셀(121)은 전극그리드(12)를 형성하는 하위 구성요소이다. 전극셀(121) 중에서 조형레이어를 형성하기 위해 전압이 가하여져서 표면에 조형재료입자가 부착되거나 탈착되는 것을 특히 작동전극셀(122)이라 한다.

본 발명의 입체조형장치의 헤드어셈블리는, 입체조형물을 조형하기 위해 조형레이어들을 형성한다는 목적을 가지며, 구체적으로는 조형레이어를 형성하기 위해 공급되는 조형재료입자를 천이 및 이동시키고 외부의 조형스테이지(21)에 안착시키는 기능을 한다. 그 구성에 있어서는, 소정의 전하로 하전된 조형재료입자를 전극그리드(12)에 공급하는 조형재료컨테이너(11), 다수 개의 전극셀(121)들이 소정의 패턴으로 배열되어 구성되는 전극그리드(12), 조형재료입자가 부착 또는 탈착되는 작동전극셀(122) 각각에 소정의 전압을 부여하는 제1대전장치(13), 그리고 전극그리드(12), 조형재료컨테이너(11) 및 조형스테이지(21)를 서로 상대운동시키는 기능을 하는 이송모듈(14)을 주요 구성요소로 갖는다.

조형재료입자의 관점에서 보면, 소정의 전하로 하전된 조형재료입자는 조형재료컨테이너(11)에 적재되어 있으면서, 이송모듈(14)에 의해 움직이는 전극그리드(12)에 의해 접근되는데, 이 때, 전극그리드(12)를 이루는 전극셀(121) 중 작동전극셀(122)에 조형재료입자의 하전 극성과 반대되는 극성의 전압이 가하여지면, 전기적인 인력에 의해 작동전극셀(122)에 부착되게 된다. 이후, 이송모듈(14)에 의해 전극그리드(12), 조형재료컨테이너(11), 조형스테이지(21)가 서로 상대이동하게 되고, 이는 조형재료입자가 조형재료컨테이너(11)내부로부터 조형스테이지(21) 상부 방향으로 공간적 이동을 초래한다. 다음으로는 작동전극셀(122)에 조형재료입자의 하전 극성과 동일한 극성을 갖는 전압이 가하여지면, 전기적인 척력에 의해 조형재료입자는 작동전극셀(122)로부터 탈착되고, 조형스테이지(21) 또는 직전 조형레이어 위에 안착된다.

본 발명에서 이용되는 전기적인 메커니즘을 설명한다. 먼저, 조형재료입자는 소정의 전하로 하전된 상태로 전극그리드(12)에 공급되는데, 이러한 전하의 극성은 플러스, 마이너스를 불문하며, 입자별 보유하는 전하량은 사용되는 조형재료의 종류에 따라 상이할 것이다. 또한, 전극그리드(12)를 형성하고 있는 다수의 전극셀(121) 중에서 전압이 가하여지지 않는 전극셀-미작동전극셀(122)-에는 전기장이 형성되지 않으므로, 여기에는 조형재료입자가 부착되지 않으며, 조형레이어 구성 관점에서 볼 때 이 부분은 공백부분이 된다. 작동전극셀(122)에 조형재료입자와 하전 극성이 반대되는 전압을 가하면, 작동전극셀(122)과 조형재료입자간에 전기적인 인력이 작용하게 되고, 이러한 인력은 부여된 전압이 해제될 때까지 지속되므로, 가압이 이루어지는 동안 조형재료입자는 작동전극셀(122)의 입자부착면(123)에 부착된 상태가 유지된다. 이후, 작동전극셀(122)에 조형재료입자와 하전 극성이 동일한 전압을 가하면, 이러한 작동전극셀(122)과 조형재료입자간에 전기적인 척력이 작용하게 되고, 이러한 척력은 조형재료입자가 작동전극셀(122)의 입자부착면(123)으로부터 탈착되는 원인으로 작용한다. 작동전극셀(122)에 가하게되는 전압 크기(절대값)는 작동전극셀(122)의 입자부착면(123)에 부착된 조형재료입자가 전극그리드(12)의 이송 중 발생하는 진동 기타 충격에 의해 임의적으로 입자부착면(123)으로부터 탈착되지 않고 견고한 부착을 유지할 수 있을 정도의 전기적 인력을 형성할 수 있도록 결정되어야 한다. 다만, 작동전극셀(122)의 모서리부위에서 아크(arc)가 발생하여 조형레이어의 형성 시, 손상을 줄 수 있고, 장치에도 전기적인 문제를 발생할 수 있음은 감안하여야 한다. 또한, 작동전극셀에 인가되는 전압이 커지면, 더 많은 조형재료입자가 전기장에 의해 이동되어 작동전극셀의 표면(입자부착면)에 천이됨을 이용할 수 있으며, 이는 형성될 조형레이어의 두께가 두꺼워짐을 의미한다. 다만, 이렇게 많은 조형재료입자를 담지하여 조형레이어를 형성하는 것은 입체형상물의 수직해상도가 낮아진다는 것을 감안하여야 한다.

다만, 상기 전압이 너무 커지면 전기적 인력 또는 척력을 이용하여 전극셀에 입자를 탈부착하는 데 소요되는 시간은 전압을 거는 시점으로부터 대략 수 밀리초에 불과하다. 이러한 전기적인 메커니즘을 이용하는 본 발명에 대한 설명도가 도 2에 도시되어 있다.

본 발명에서 사용되는 조형재료는 분말(파우더) 성상의 입자를 그 대상으로 한다.조형재료는 폴리머수지 또는 세라믹 또는 금속의 분말일 수 있으며, 이의 결정은 후술할 용융 또는 소결용 광원-특히 레이저-의 파장대역과 관련하여 이루어져야 한다. 또한, 조형재료입자는 소정의 전하로 하전되어 사용됨으로써, 후술하는 바와 같이 조형재료입자의 작동전극셀(122)로의 탈부착에 있어 정전기력을 이용할 수 있게 된다.

이하 본 발명의 입체조형장치의 헤드어셈블리에 대해 구성요소별로 상술하기로 한다.

조형재료컨테이너(11)는, 조형재료입자를 외부로부터 공급받아 저장하는 제1기능, 후술할 전극그리드(12)가 조형레이어를 형성할 조형재료입자를 공급받을 수 있도록 평면으로 조성된 조형재료입자 외부노출면을 제공하는 제2기능, 형성된 외부인터페이스 표면을 평탄화하여 조형재료입자 부착의 신뢰성을 제고하는 제3기능을 선택적으로 수행할 수 있다. 특히 제3기능과 관련하여, 전극그리드(12)가 조형재료입자를 입자부착면(123)에 부착하여 이동하고 난 후, 조형재료입자 외부노출표면은 완전한 평면이 아니라 국부적으로는 요철구조를 가지게 되는데, 조형재료입자는 상대적으로 유동성이 작으므로, 이러한 비평면요철구조는 전극그리드(12)가 조형재료입자를 공급받아가는 회수가 증대될수록 심화될 가능성이 있다. 이렇게 되면, 작동전극셀(122) 중 일부는 가장 인접한 조형재료입자에 대해서도 부착을 위한 전기적 인력을 작용하기 위한 임계거리 밖에 놓이게 될 수 있고, 이는 조형신뢰성을 저하시킬 수 있다. 이러한 문제는 작동전극셀(122)에 가하는 전압 크기를 크게 설정하여, 전기적 인력 작용범위를 크게 하여 해결할 수도 있지만 선택적으로 조형재료컨테이너(11)에 별도의 조형재료표면평탄화부를 더 포함하게 하여 적극적으로 대응할 수 있다. 이러한 조형재료표면평탄화부는 조형재료컨테이너(11) 자체를 맥동진동시켜 조형재료외부노출표면을 간접적으로 평탄화하는 기능을 하는 다양한 구성의 진동수단, 조형재료외부노출표면을 직접 레벨링(leveling)하는 별도의 롤러(roller) 또는 블레이드(blade), 또는 조형재료층 하부에서 조형재료를 교반하여 간접적으로 조형재료외부노출표면을 평탄화하는 기능을 하는 교반기 등으로 구성될 수 있다.

조형재료컨테이너(11)의 형상은, 조형재료입자를 적재하고, 전극그리드(12)가 접근하여 조형재료입자를 부착해 공급받을 수 있는 외부노출표면을 제공하는 기능을 수행할 수만 있다면, 다양하게 설정할 수 있다. 도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에서는 일정한 높이로 조형소재입자를 적재하고, 전극그리드(12)가 입출가능하도록 상면측이 개방가능한 일종의 트레이(tray)의 형상으로 조형재료컨테이너(11)를 구성하고 있다.

또한, 조형재료컨테이너(11)에 소정의 전하로 하전된 조형재료입자를 공급함에 있어, 미리 하전된 것을 외부로부터 충당하여 제공하거나, 하전 가능하되 아직 하전되지 않은 입자를 공급받아 조형재료컨테이너(11)에 추가로 구비된 제2대전장치에 의해 하전하도록 구성할 수도 있다. 이러한 제2대전장치는 사용되는 입자가 폴리머수지인지 금속인지 또는 세라믹인지에 따라 그에 대응하는 대전기능을 구비하여야 하며, 코로나대전기 등 다양한 공지된 방법을 이용할 수 있다.

전극그리드(12)는, 조형재료컨테이너(11)로부터 조형재료입자를 공급받아 담지하는 제1기능, 공급받은 조형재료입자를 조형스테이지(21)에 안착시키는 제2기능을 수행한다. 이러한 제1기능 및 제2기능을 수행하기 위해 조형재료입자와 작동전극셀(122) 간에 작용하는 전기적 인력 또는 척력이 이용됨은 전술한 바와 같다. 전극그리드(12)는 기본적으로 각각에 독립적으로 전압을 가할 수 있도록 된 다수의 전극셀을 구비하도록 형성된다.

전극그리드(12)는 후술하는 바와 같은 전극셀(121)들을 집속구비하는 플랫폼을 구비하여야 하며, 특히 전극셀(121)을 반도체 공정으로 제조하는 경우, 이러한 플랫폼은 기판이 된다. 이러한 플랫폼 위에서 상기 전극셀(121)들은 소정의 패턴으로 배열되어야 하는데, 이러한 패턴의 일례로 소정의 열 수와 소정의 행 수를 갖는 매트릭스(matrix) 패턴을 채택한다면, 전극셀(121)들이 배열되어 하나의 평면을 이룰 수 있게 될 뿐만 아니라, 각 전극셀(121)의 제어가 용이하다는 장점이 있게 된다. 전극셀(121)들의 배열에 있어서는 전극셀(121)과 인접셀간의 간극의 크기를 신중히 결정하여야 하는데, 이러한 간극의 크기가 너무 커지면, 조형레이어에 있어 조형의 공백영역이 커지는 것이 되고, 특히, 전극셀(121)을 입체 형상으로 하는 경우, 당해 간극에 조형재료입자가 의도치않게 침투하지 않도록 처리할 필요가 있게 된다. 반대로 간극의 크기가 너무 작아지면, 전극셀(121)과 전극셀(121)이 전기적으로 접속-합선-되어 전극셀(121)의 개별적인 제어가 불가능하게 될 수 있고, 전극셀(121)의 형성을 위해 극미세공정이 적용되어야 하므로, 제조비용이 증대될 수 있음을 감안하여야 한다.

전극셀(121)은 조형재료입자가 부착 또는 탈착되는 입자부착면(123)을 구비하여야 하며 이때, 입자부착면(123)의 형상은, 개별 전극셀(121)들이 배열되어 전체적으로 보았을 때, 하나의 평면을 덮어 이룰 수 있어야 한다. 다만, 추후 조형레이어의 형성시, 조형재료입자가 용융 또는 소결되는 과정에서 평면상으로 다소 퍼지는 현상이 있음을 감안할 때, 전극셀(121)의 형상을 원형으로 하는 것도 허용될 것이다. 나아가, 조형평면에서 있어 가로와 세로방향의 해상도를 동일하게 설정하는 것을 통해 조형품질을 양호하게 할 수 있음을 감안할 때, 입자부착면(123)의 형상은 정사각형, 정육각형 또는 원으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 입자부착면(123)의 크기는 곧 전극셀(121)의 크기이며 입체조형의 수평해상도와 직결되어 있으므로, 입자부착면(123)의 크기를 소형화하는 것이 필요하며, 궁극적으로는 전극셀(121)하나에 조형재료입자 하나가 부착 및 탈착되도록 하도록 할 수 있다. 이러한 전극셀(121) 및 전극그리드(12)의 배열패턴의 일실시예가 도 3에 도시되어 있다.

전술한 입자부착면(123)을 갖는 전극셀(121)은 그 형상에 있어 평면이거나 입체일 수 있다. 평면 형상의 전극셀(121)이란, 전극셀집속 플랫폼-일례로, 기판-에 매립된 형태로 입자부착면(123)만 노출되도록 하여, 전극셀(121)을 일종의 평면 패드 형상으로 구성하는 것이다. 이러한 평면 형상의 전극셀의 일실시예가 도 3에 도시되어 있다.

이렇게 평면 패드 형상의 전극셀을 갖는 전극그리드는, 상기 평면 패드 형상의 각 전극셀 주위를 둘러싸는 부도체로 된 격벽체들로 이루어진 격벽그리드를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 구성의 일실시예가 도 4에 나타나 있다. 도 4(a)는 평면 패드 형상의 전극셀들로 된 전극그리드에 격벽그리드가 탑재되는 것을 타내고, 도 4(b)는 이렇게 제조된 격벽그리드가 탑재된 전극그리드의 형상을 나타낸다. 도 3(b)에서 나타낸 일실시예에서처럼 전극셀의 형상이 원인 경우에는 이에 따라 도 4(c)에 나타난 바와 같은 형상을 갖는 격벽그리드를 채택할 수 있을 것이다. 작동전극셀에 전압이 인가될 때, 상기 조형재료입자는 상기 격벽체와 상기 평면 패드 형상의 전극셀이 이루는 공간의 일부 또는 전부를 채우며 부착된다. 작동전극셀에 인가되는 전압이 커지면, 더 많은 조형재료입자가 생성된 전기장에 의해 이동되어 작동전극셀의 표면(입자부착면)에 천이됨을 이용한다. 이에 격벽체의 높이가 높으면 높을수록, 더 많은 조형재료입자를 담지할 수 있지만, 많은 조형재료입자를 담지하여 조형레이어를 형성하는 것은 입체형상물의 수직해상도가 낮아진다는 것을 감안하여야 한다. 또한, 형성된 격벽체의 높이에 대해 그 전부를 채우지 않고, 일부만 채우는 것도 가능할 것이다. 요컨대, 이러한 격벽그리드를 전극그리드에 포함하는 구성은, 조형재료입자의 부착량을 좀더 용이하게 정량제어 할 수 있다는 장점을 갖는다. 나아가, 격벽그리드는, 그 내부만 조형재료입자로 채워져야 하므로 부도체로 형성되어야 한다.

반면, 입체 형상의 전극셀(121)이란, 상기 플랫폼에 대해 입자부착면(123)이 돌출 형성되어 결과적으로 전극셀(121)의 전체적인 형상이 사각기둥, 육각기둥, 원기둥으로 되는 것을 의미한다. 다만, 이러한 입체 형상의 전극셀(121)의 경우에도 실제로 조형재료입자가 부착되는 것은 최외곽의 입자부착면(123)에 한정되므로, 평면형과 입체형 전극셀(121)간에 기능상의 차이는 크기 않다고 할 수 있다. 또한, 입체형상의 전극셀(121)의 경우, 전극셀(121)과 전극셀(121) 사이의 간극에 조형재료입자가 침투할 수 있으므로, 이를 방지하기 위한 방법으로서 해당 간극에 비도전성 폴리머 등을 충전하여 간극을 제거하거나, 해당 간극을 조형재료입자의 직경보다 작게 형성하는 것 등을 고려하여야 한다. 입체전극에 대한 일실시예가 도 5에 도시되어 있으며, 여기서는 입자부착면(123)이 정사각형의 형상으로 되고, 입체전극의 전체적인 형상은 사각기둥으로 되어 있다.

나아가 입체형상의 전극셀(121)의 선단부에는 오목한 함몰부(123a)가 형성되어 조형재료입자를 함입할 수 있도록 할 수 있다. 이렇게 되면, 선단부를 평면으로 할 때보다 더 많은 양의 조형재료입자가 부착되게 되므로, 전극셀(121)간의 간극의 존재로 인한 조형재료입자의 부족분을 보충한다는 의미를 가질 수 있다. 이러한 선단부의 함몰부(123a)의 일실시예가 도 5(b)에 나타나 있다.

전극셀(121)은 전술한 전극셀집속 플랫폼-기판 등-에 통상적인 회로용 전극패드 형성방법을 이용하여 형성할 수 있으며, 각각의 전극셀(121)에 전압을 가하기 위한 배선패턴도 공지의 방법을 이용하여 상기 플랫폼에 형성할 수 있다. 다만, 배선패턴이 입자부착면(123)이 형성된 면에 함께 형성되는 경우, 입자부착면(123)이 전체 면적에서 차지하는 비율이 감소할 수 있으므로, 배선패턴은 기판 내부 및 배면에 형성하는 것이 바람직하다. 입체 형상의 전극셀(121) 제조의 일실시예로서, 기판면에 배열 패턴대로 금속을 인쇄한 후, 이러한 금속을 시드(seed)로 하여 전해도금하여 성장(growth)시키는 방식 등을 고려할 수 있다.

전극셀(121)은 전도성 부재로 제조하되, 전극셀(121)에 전압이 지속적으로 인가/해제되고, 조형재료입자와 높은 빈도로 부착/탈착되는 사용환경을 감안할 때, 양호한 내전압성, 내구성, 표면강도 등의 특성을 갖는 금속으로 제조하는 것이 바람직하다. 특히 스테인레스스틸(SUS) 또는 인바(Inva)강을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

제1대전장치(13)는, 작동전극셀(122)에 소정의 전압을 부여하거나 해제하는 기능을 하며 코로나타입 대전기 등 공지의 대전장치로 구성할 수 있다. 제1대전장치(13)는 전극그리드(12)를 이루는 각 전극셀(121) 별로 정밀하게 가압할 수 있는 인터페이스를 갖추어야 한다. 이러한 인터페이스는 전극그리드(12)의 배선패턴 모두와 전기적으로 연결되되, 특정 작동전극셀(122)만을 선택적으로 가압 및 해제할 수 있는 제1기능 및 조형재료입자의 작동전극셀(122)로의 부착을 위한 전압과 탈착을 위한 전압 간에 전환하는 스위칭(switching)기능(제2기능)을 수행할 수 있는 회로 또는 소프트웨어로 구현되어야 한다.

이송모듈(14)은, 전극그리드(12), 조형재료컨테이너(11) 및 조형스테이지(21)를 서로 상대운동시키는 기능을 수행한다. 전극그리드(12)가 조형재료컨테이너(11)로부터 조형재료입자를 공급받기 위한 전극그리드(12)와 조형재료컨테이너(11)간의 제1상대위치 및 전극그리드(12)가 조형스테이지(21)에 조형재료입자를 안착시키기 위한 전극그리드(12)와 조형스테이지(21)간의 제2상대위치를 반복적으로 형성하기 위함인데, 여기서 제1상대위치는 전극그리드(12)가 조형재료컨테이너(11)에 적재된 조형재료입자표면과 적정거리를 두고 평행하게 위치하고 있는 상태이며, 제1대전장치(13)에 의해 소정의 전압이 작동전극셀(122)에 가해지면, 조형재료입자가 유효하게 작동전극셀(122)에 부착될 수 있는 전극그리드(12)와 조형재료컨테이너(11) 간의 상호위치를 의미한다. 제1상대위치의 결정에 있어서, 전극그리드(12)와 조형재료컨테이너(11)에 적재된 조형재료입자표면과의 거리는 전극그리드(12)에 발생되는 전기적 인력의 크기에 의해 결정되어야 한다. 즉, 이러한 적정거리는 생성되는 전기장이 조형재료입자에 미칠 수 있는 최대 거리보다는 작도록 설정되어야 한다. 또한, 상기 거리를 0으로 하여 전극셀과 조형재료입자표면이 밀착되게 하는 것을 고려할 수도 있다. 또한 제2상대위치는 전극그리드(12)가 조형스테이지(21)의 상면 또는 조형스테이지(21)에 이미 형성된 직전조형레이어면과 적정거리를 두고 평행하게 위치하고 있는 상태이며, 제1대전장치(13)에 의해 소정의 전압이 작동전극셀(122)에 가해지면, 조형재료입자가 탈착되어 전술한 조형스테이지(21)의 상면 또는 조형스테이지(21)에 이미 형성된 직전조형레이어면의 정해진 위치에 유효하고 정확하게 안착될 수 있는 전극그리드(12)와 조형스테이지(21) 간의 상호위치를 의미한다. 제2상대위치의 결정에 있어서, 전극그리드(12)와 조형스테이지(21) 또는 직전 조형레이어면과의 거리는 전극그리드(12)에 발생되는 전기적 척력의 크기에 의해 결정되어야 한다. 또한, 상기 거리를 0으로 하여 전극셀과 조형스테이지(21) 또는 직전 조형레이어면이 밀착되게 하는 것을 고려할 수도 있다. 요컨대, 제1상대위치와 제2상대위치는 전극그리드(12)에 조형재료입자를 부착하고, 조형스테이지(21)에 조형재료입자를 바른 위치에 안착시키기 위하여 수평 및 수직 방향 모두에 대해 정렬된 위치라 할 수 있다.

이러한 이송모듈(14)에 대하여는 다양한 구현 패턴을 고려할 수 있는데, 첫째, 조형재료컨테이너(11) 및 조형스테이지(21)에 대해 전극그리드(12)를 상대운동시킬 수 있으며, 이는 조형재료컨테이너(11) 및 외부의 조형스테이지(21)는 절대좌표계상에서 고정시키고, 전극그리드(12)를 이동시켜 상기 제1상대위치와 상기 제2상대위치를 반복적으로 형성한다는 것이다(전극그리드이송식). 그 일실시예를 상술하자면, 이송모듈(14)은 먼저 전극그리드(12)를 조형재료컨테이너(11)의 상부에서 하방으로 진입시켜, 조형재료컨테이너(11)에 적재된 조형재료입자표면과 소정의 거리를 두어 평행하게 위치시킨다(제1상대위치의 구현). 이때의 거리는 작동전극셀(122)에 생성되는 전기적 인력이 조형재료입자에 미칠 수 있을 정도이면 족하다. 조형재료입자를 부착시킨 이후, 전극그리드(12)를 공간상에서 이동시켜 조형스테이지(21)의 소정의 위치로 이송하는데(제2상대위치의 구현), 조형재료입자를 직전조형레이어의 정해진 위치에 정확히 안착시키기 위해서는 제1상대위치의 구현시에서보다 더욱 정확한 얼라인먼트(alignment)가 필요하다. 둘째, 조형재료컨테이너(11) 및 조형스테이지(21)를 전극그리드(12)에 대해 상대운동시킬 수 있으며, 이는 전극그리드(12)를 절대좌표계상에서 고정시키고, 조형재료컨테이너(11) 및 외부의 조형스테이지(21)를 이동시켜 상기 제1상대위치와 상기 제2상대위치를 반복적으로 형성한다는 것이다(조형재료컨테이너(11) 및 조형스테이지 이송식). 그 일실시예를 상술하자면, 이송모듈(14)은 먼저 조형재료컨테이너(11)를 전극그리드(12)의 하부에서 상방으로 진입시켜, 조형재료컨테이너(11)에 적재된 조형재료입자표면과 전극그리드(12)가 소정의 거리를 두어 평행하게 되도록 조형재료컨테이너(11)를 위치시킨다(제1상대위치의 구현). 조형재료입자를 부착시킨 후, 조형재료컨테이너(11)를 지정된 자리로 이동시킨다. 이후 조형스테이지(21)를 공간상에서 이동시켜 전극그리드(12)에 대해 소정의 상대적 위치로 이송하는데(제2상대위치의 구현), 제1상대위치의 구현시와 달리, 조형재료입자를 직전조형레이어의 정해진 위치에 정확히 안착시키기 위해서는 더욱 정확한 얼라인먼트(alignment)가 필요함은 전술한 전극그리드이송식 이송모듈(14)의 경우와 마찬가지이다. 셋째, 전술한 방식들의 복합 적용도 고려할 수 있다. 즉, 일례로, 상기 제1상대위치 및 제2상대위치를 구현하기 위해 수평방향의 이동은 조형재료컨테이너(11) 및 조형스테이지(21)를 이동시켜 행하고, 수직방향의 이동은 전극그리드(12)를 이동시켜 행할 수 있다. 또다른 실시예로서, 제1상대위치의 구현시에는 전극그리드이송식을 채택하고, 제2상대위치의 구현시에는 조형스테이지이송식을 채택하는 복합방식을 적용할 수도 있다. 상기 언급한 세 가지 구현방식은 이송모듈(14) 구현의 바람직한 실시예로서, 이에 한정되지는 않는다. 이송모듈(14)의 구체적인 구현에 있어서는 3차원의 정밀한 이동 및 얼라인먼트가 가능하도록 3축 위치제어가 가능한 3축 이송장치로 구현하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다. 3축을 이루는 각 축에 대하여, 구동신호를 정확하게 추종할 수 있도록 고성능의 서보모터, 고정밀의 이송기어 등을 적용하여 이송모듈(14)을 구현하는 것이 필수적이다.

다음으로는, 본 발명의 입체조형장치에 대해 설명하기로 한다. 입체조형장치의 일실시예가 도 1에 도시되어 있다. 입체조형장치는 전술한 입체조형장치의 헤드어셈블리에 조형스테이지모듈(20) 및 광원모듈(30) 그리고 제어모듈(40)을 포함하여 구성된다.

조형스테이지모듈(20)은, 상기 작동전극셀(122)에 부착되어 이송된 상기 조형재료입자가 상기 작동전극셀(122)로부터 탈착된 후 그 상면에 안착하는 조형스테이지(21)를 포함하여 이루어진다. 조형스테이지(21)는 그 위에서 입체조형물이 조형되기 시작하고, 조형과정 중 및 조형이 종료된 뒤에도 입체조형물이 그 위에 부착되어 있게 되는 요소이다. 따라서 조형스테이지(21)의 상면은 그 위에 위치한 조형재료가 조형광선에 의해 용융 내지 소결되기 이전 및 이후에 일정 정도 부착을 유지할 수 있는 재질로 처리되어야 한다. 더욱이 조형스테이지(21)가 조형과정에서 이동할 때 발생하는 진동, 충격에도 불구하고 조형물이 조형스테이지(21)로부터 분리되지 않아야 입체조형물의 품질이 보장됨을 유의하여야 한다. 이러한 조형스테이지(21)에는 전술한 이송모듈(14)을 결합할 수 있는 결합구조가 형성될 수 있다. 이렇게 되면, 이송모듈(14)은 조형스테이지(21)를 이동시켜 전술한 제2상대위치를 형성할 수 있게 된다. 또는, 조형스테이지모듈(20)이 조형스테이지(21)를 구동하는 별도의 조형스테이지구동부를 포함할 수도 있다. 조형스테이지구동부는 조형스테이지(21)를 적층이 진행됨에 따라 상하방향으로 이동할 수 있도록 하는 기능을 하므로, 동력을 전달받아 조형스테이지(21)까지 전달할 수 있는 요소들로 구성된다. 그 일실시예로서 서보모터 등의 외부동력원 및 조형스테이지(21)의 상하변위를 야기하는 바(bar)형의 동력전달부재를 적용할 수 있는데, 이러한 실시예에 한정할 것은 아니며, 다양한 방식의 기구적 구성을 고려할 수 있다. 다만, 조형레이어 하나의 두께가 수십에서 수백 마이크로미터로 설정되는 등 고해상도 조형작업이 예정된 경우에는 조형스테이지(21)의 상하변위의 스케일도 그러한 범위에서 결정되어야 하므로, 모터나 동력전달부재 등의 구성요소의 정밀도 또한 높은 것을 선택하여야 한다.

광원모듈(30)은, 조형스테이지(21)에 안착된 조형재료입자를 용융 또는 소결시켜 조형레이어를 성형하는 기능을 하며, 이러한 조형레이어들이 적층되어 결과물인 입체조형물이 조형되게 된다. 사용하는 광원은 조형재료에 따라 맞는 것을 선택하여야 하는데, 조형재료가 폴리머수지입자 인지 세라믹 또는 금속입자인지에 따라, 이들을 용융 내지 소결(sintering)할 수 있는 파장대의 광을 조사할 수 있는 LED, 레이저 또는 bulb 등이 사용된다. 단, 조형광선이 이미 소결된 아래층의 조형완료레이어에 영향을 주지 않도록 레이저의 에너지 밀도를 사려깊게 조절하여야 한다. 나아가 조형광선의 형태에 있어서, 본 발명의 입자 조형 장치가 면조형을 가능하게 하는 것임을 감안할 때, 조형레이어대상입자들도 면차원에서 용융 또는 소결이 일어나게 할 수 있도록 조형광선을 라인 레이저(line laser)로 한다면, 조형속도를 증대시킬 수 있다는 측면에서 바람직하다. 라인 레이저는 일반적인 레이저의 발광부 전면에 특수한 렌즈를 장착함으로써 구현할 수 있다.

제어모듈(40)은 입체조형장치의 각 구성요소간을 연동하여 제어하며, 입력된 조형레이어의 형상정보로부터 어느 전극셀(121)을 작동전극셀(122)로 할 것인가를 결정하고, 제1대전장치(13)의 구동제어신호를 생성하는 기능, 조형재료컨테이너(11)의 평탄화동작-진동동작- 또는 정지, 이송모듈(14)의 동작, 광원모듈(30)의 온/오프, 조형스테이지(21)의 상하동작 등을 위한 각부의 구동제어신호를 생성하는 기능을 하되, 이들 각각은 조형레이어형성주기에 의거하여 서로 연동되어 수행되어야 함은 물론이다. 이러한 제어모듈(40)의 구체적인 구현은 회로 또는 소프트웨어와 회로의 조합으로 수행할 수 있다.

본 발명의 입체조형장치는, 전극그리드(12)를 2개 이상 구비할 수 있다. 일례로 2개의 전극그리드(12)를 구비하는 경우, 하나의 전극그리드(12)가 전술한 제1상대위치에서 조형재료입자를 공급받는 동안에,다른 전극그리드(12)가 전술한 제2상대위치에서 조형재료입자를 조형스테이지(21)에 안착시킬 수 있고, 다음 주기에는 두 전극그리드(12)가 역할을 바꾸어 수행할 수 있고, 이렇게 되면, 조형시간을 두 개의 전극그리드(12)가 나누어 사용하면서, 유휴 조형시간을 최소화하여 총조형시간을 단축시킬 수 있다는 장점이 있게 된다.

입체조형장치의 이송모듈(14)은, 회전이송판(141)을 포함하여 구성할 수 있는데, 회전이송판(141)은, 상면에 조형재료컨테이너(11) 및 조형스테이지(21)를 구비하는 제1기능, 회전이송판구동부(142)에 의해 회전하면서 조형재료컨테이너(11)와 조형스테이지모듈(20)을 각각 전극그리드(12)의 하방에 정렬되도록 이송시키는 제2기능을 수행한다. 도 7에 도시된 이송모듈(14)의 일실시예에서는, 디스크 형상의 회전이송판(141)의 상면에 조형스테이지(21)와 조형재료컨테이너(11)가 서로 마주보는 위치에 장착되어 있으며, 회전이송판구동부(142)에 의해 180도만큼 회전하는 것을 통해 조형재료컨테이너(11)와 조형스테이지(21)가 회전이송판(141)의 하방에 반복하여 위치하게 된다. 다만, 이렇게 회전이송판(141)의 하방에 위치하는 것으로만으로 전술한 제1상호위치, 제2상호위치가 형성되는 것은 아니고, 전극그리드(12)가 상하이동을 통해 조형재료컨테이너(11) 및 조형스테이지(21)와 적절한 간극을 갖도록 하여야 한다. 이러한 상하이동은 당해 실시예에서는, 전극그리드이송부(143)에 의해 수행되는데, 다시 말하면, 도 7의 실시예에서의 이송모듈(14)은, 회전이송판(141), 회전이송판구동부(142) 및 전극그리드이송부(143)로 구성되는 것이다.

또한, 도 8에 도시된 본 발명의 일시예에서와 같이, 회전이송판(141)에 상면에 직접 조형재료컨테이너(11)와 조형스테이지(21)를 형성하는 것을 고려할 수 있는데, 회전이송판(141)의 상면 자체를 조형스테이지(21)로 이용하거나, 회전이송판(141)의 상면을 음각하여 조형재료컨테이너(11)를 형성하고자 하는 것이다. 이를 이용한 구체적인 조형방법은 후술하기로 한다. 이렇게 음각형성된 조형재료컨테이너는 그 일실시예로서 그 깊이를 조형재료입자의 직경만큼으로 할 수 있으며, 이렇게 되면 충진되는 조형재료입자는 소위 모노레이어(mono layer)를 형성하게 되어 주어진 조형재료에 대해 최대의 입체조형 해상도를 구현할 수 있게 되는 것이다.

다음으로는, 본 발명의 입체조형장치를 이용하여 입체형상물을 조형하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 첫째, 이송모듈(14)이 전극그리드(12) 및 조형재료컨테이너(11)가 서로 제1상대위치를 갖도록 이송한다. 이 때, 전극그리드(12)에는 전압을 가하지 않을 수 있다. 이러한 상황이 도 2(a)에 나타나 있다. 둘째, 제어모듈(40)에 의해 선택된 하나 이상의 작동전극셀(122)에 소정의 전압을 가하여 작동전극셀(122)에 조형재료입자를 부착한다. 이 때의 소정의 전압은 조형재료입자의 하전극성과 반대의 극성의 전압이어야 한다. 이러한 상황이 도 2(b)에 나타나 있는데, 본 실시예에서는 플러스로 하전된 조형재료입자를 사용하기에 제1대전장치에서 마이너스의 전압을 가하고 있다. 셋째, 이송모듈(14)이 전극그리드(12) 및 조형스테이지(21)가 서로 제2상대위치를 갖도록 이송한다. 이송 중에는 부착된 조형재료입자가 탈착되지 않도록 상기 둘째 단계에서의 전압을 계속 유지하면서 가하여야 한다. 이러한 상황이 도 2(c)에 나타나 있다. 넷째, 작동전극셀(122)에 소정의 전압을 가하여 작동전극셀(122)로부터 탈착된 조형재료입자가 상기 조형스테이지(21) 또는 직전 조형레이어면에 안착시킨다. 이 때의 전압은 조형재료입자의 하전 극성과 같은 극성의 전압이어야 한다. 이러한 상황이 도 2(d)에 나타나 있다. 다섯째, 조형스테이지(21) 또는 직전 조형레이어면에 안착된 조형재료입자에 광원모듈(30)이 조형광선을 조사하여, 조형재료입자를 용융 또는 소결하여 조형레이어를 형성한다. 여섯째, 입체조형물의 형상이 완성될 때까지, 전술한 첫번째 단계 내지 다섯번 째 단계를 반복하여 수행한다.

다음으로는, 전술한 바와 같은 회전이송판(141)을 포함하여 이루어지는 입체조형장치를 이용하여 입체형상물을 조형하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 이에 대한 일실시예가 도 8에 도시되어 있다. 첫째, 조형재료컨테이너(11)에 조형재료입자를 충진한다. 도 8(a)에서와 같이 조형재료공급부(112)가 조형재료컨테이너(11)를 채우고 남을 양의 조형재료입자를 조형재료컨테이너(11)의 소정의 위치에 투출하면, 충진블레이드(111)가 이동하면서, 조형재료컨테이너(11)를 조형재료입자로 충진하고, 잔여 조형재료입자는 제거된다. 둘째, 회전이송판(141)의 회전하여 조형재료컨테이너(11)가 전극그리드(12)의 하방에 위치한다. 셋째, 전극그리드(12)가 하방 이동하여, 전극그리드(12) 및 조형재료컨테이너(11)가 서로 제1상대위치를 형성한다. 넷째, 제어모듈(40)에 의해 선택된 하나 이상의 작동전극셀(122)에 소정의 전압을 가하여 작동전극셀(122)에 조형재료입자를 부착한다. 여기까지의 단계를 수행하면 도 8(b)의 상태가 이루어진다. 다섯째, 회전이송판(141)의 회전(180도)으로 조형스테이지(21)를 전극그리드(12)의 하방에 위치시킨다. 여섯째, 전극그리드(12)가 하방 이동하여, 전극그리드(12) 및 조형스테이지(21)가 서로 제2상대위치를 형성한다. 일곱째, 작동전극셀(122)에 소정의 전압을 가하여 작동전극셀(122)으로부터 탈착된 조형재료입자가 조형스테이지(21) 또는 직전 조형레이어면에 안착한다. 여기까지의 단계를 수행하면 도 8(c)의 상태가 이루어진다. 여덟째, 조형스테이지(21) 또는 직전 조형레이어면에 안착된 조형재료입자에 광원모듈(30)이 조형광선을 조사하여, 조형재료입자를 용융 또는 소결한다. 아홉째, 입체조형물의 형상이 완성될 때까지, 첫번째 단계 내지 여덟째 단계를 반복하여 수행한다.

본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.

1 : 조형재료입자
2 : 직전 조형레이어
10 : 입체조형장치의 헤드어셈블리
11 : 조형재료컨테이너
111 : 충진블레이드
112 : 조형재료공급부
12 : 전극그리드
121 : 전극셀
122 : 작동전극셀
123 : 입자부착면
123a : 함몰부
124 : 기판
125 : 격벽그리드
13 : 제1대전장치
14 : 이송모듈

20 : 조형스테이지모듈
21 : 조형스테이지
30 : 광원모듈
31 : 라인 레이저 광
40 : 제어모듈

Claims (17)

1. 조형레이어를 형성하기 위해 조형재료입자를 천이 및 이동시켜 조형스테이지(stage)에 안착시키는 입체조형장치의 헤드어셈블리에 있어서,
   소정의 전하로 하전된 조형재료입자를 전극그리드(electrode grid)에 공급하는 조형재료컨테이너(11);
   소정의 패턴으로 배열되는 다수 개의 전극셀(121)들을 포함하여 이루어지는 전극그리드(12);
   상기 전극그리드(12)를 구성하는 전극셀(121)들 중 상기 조형재료입자가 부착 또는 탈착되는 작동전극셀(122) 각각에 소정의 전압을 부여하고, 전극그리드(12)를 구성하는 있는 전극셀(121)들 중 상기 조형재료입자가 부착 또는 탈착되지 않는 미작동전극셀 각각에 전압을 부여하지 않는 제1대전장치(13);
   상기 전극그리드(12)가 상기 조형재료컨테이너(11)로부터 상기 조형재료입자를 공급받기 위한 상기 전극그리드(12)와 상기 조형재료컨테이너(11)간의 제1상대위치 및 상기 전극그리드(12)가 조형스테이지(21)에 상기 조형재료입자를 안착시키기 위한 상기 전극그리드(12)와 상기 조형스테이지(21)간의 제2상대위치를 각각 형성하기 위해 상기 전극그리드(12), 상기 조형재료컨테이너(11) 및 상기 조형스테이지(21)를 서로 상대운동시키는 기능을 하는 이송모듈(14);
   을 포함하여 이루어지고,
   상기 작동전극셀(122)에 대한 상기 조형재료입자의 부착 및 탈착은, 상기 제1대전장치(13)로부터 인가되는 소정의 전압에 의해 생성되는 상기 작동전극셀(122)과 상기 조형재료입자 간의 전기적 인력 및 척력에 의하는 것을 특징으로 하는 입체조형장치의 헤드어셈블리(head assembly).
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극그리드(12)는 상기 전극셀(121)들이 그 상면에 형성되는 기판을 포함하여 이루어지고, 상기 전극셀(121)들은, 상기 기판에 평면 패드 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 입체조형장치의 헤드어셈블리.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 전극그리드는, 상기 평면 패드 형상의 각 전극셀 주위를 둘러싸는 부도체로 된 격벽체들로 이루어진 격벽그리드를 더 포함하여 구성되고, 상기 작동전극셀에 전압이 인가될 때, 상기 조형재료입자는 상기 격벽체와 상기 평면 패드 형상의 전극셀이 이루는 공간의 일부 또는 전부를 채우며 부착되는 것을 특징으로 하는 입체조형장치의 헤드어셈블리.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극그리드(12)는, 상기 전극셀(121)이 그 상면에 형성되는 기판을 포함하여 이루어지고, 상기 전극셀(121)은, 상기 기판면으로부터 돌출된 입체 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 입체조형장치의 헤드어셈블리.
   
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 돌출된 입체 형상의 선단부에는 오목한 함몰부(123a)가 형성되어 조형재료입자를 함입할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 입체조형장치의 헤드어셈블리.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 이송모듈(14)은, 상기 전극그리드(12)에 대해 상기 조형재료컨테이너(11) 및 상기 조형스테이지(21)를 상대운동시키는 것을 특징으로 하는 입체조형장치의 헤드어셈블리.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 이송모듈(14)은, 상기 조형재료컨테이너(11) 및 상기 조형스테이지(21)에 대해 상기 전극그리드(12)를 상대운동시키는 것을 특징으로 하는 입체조형장치의 헤드어셈블리.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 조형재료컨테이너(11)는, 상기 조형재료입자를 적재하고, 상기 전극그리드(12)가 입출가능하도록 상면측이 개방가능한 형상으로 된 것을 특징으로 하는 입체조형장치의 헤드어셈블리.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 조형재료컨테이너(11)는, 적재된 조형재료입자의 표면을 평탄화하는 기능을 구비하는 조형재료표면평탄화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체조형장치의 헤드어셈블리.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 조형재료컨테이너(11)는, 하전 가능한 조형재료입자를 공급받아 소정의 전하로 하전하는 제2대전장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체조형장치의 헤드어셈블리.
11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 선택되는 어느 하나의 항의 입체조형장치의 헤드어셈블리;
    상기 작동전극셀(122)에 부착되어 이송된 상기 조형재료입자가 상기 작동전극셀(122)로부터 탈착된 후 그 상면에 안착하는 조형스테이지(21)를 포함하여 이루어지는 조형스테이지모듈(20);
    상기 조형스테이지(21)에 안착된 상기 조형재료입자를 용융 또는 소결시켜 조형레이어를 성형하는 광원모듈(30);
    상기 각 조형레이어의 형성시마다 조형재료입자가 부착되는 작동전극셀(122)을 선택하고, 상기 조형재료컨테이너(11), 상기 제1대전장치(13), 상기 조형스테이지모듈(20), 상기 이송모듈(14) 및 상기 광원모듈(30)을 연동하여 구동 제어하는 제어모듈(40);
    을 포함하여 이루어지는 입체조형장치.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 광원모듈(30)은 라인레이저(line laser)인 것을 특징으로 하는 입체조형장치.
13. 청구항 11에 있어서,
    상기 입체조형장치는, 상기 전극그리드(12)를 2개 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 입체조형장치.
14. 청구항 11에 있어서,
    상기 이송모듈(14)은,
    회전이송판구동부(142)에 의해 회전하면서 상기 조형재료컨테이너(11)와 상기 조형스테이지모듈(20)을 각각 상기 전극그리드(12)의 하방에 정렬되도록 이송시키고, 상면에 상기 조형재료컨테이너(11) 및 상기 조형스테이지(21)를 구비하는 회전이송판(141)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체조형장치.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 회전이송판(141)은, 그 상면에 상기 조형재료컨테이너(11) 및 상기 조형스테이지(21)가 형성되는 것을 특징으로 하는 입체조형장치.
16. 청구항 11의 입체조형장치를 이용하여 입체형상물을 조형하는 방법에 있어서,
    (i)상기 이송모듈(14)이, 상기 전극그리드(12) 및 상기 조형재료컨테이너(11)가 서로 상기 제1상대위치를 갖도록 이송하는 단계(s10);
    (ii)상기 제어모듈(40)에 의해 선택된 하나 이상의 작동전극셀(122)에 소정의 전압을 가하여 상기 작동전극셀(122)에 상기 조형재료입자를 부착하는 단계(s20);
    (iii)상기 이송모듈(14)이 상기 전극그리드(12) 및 상기 조형스테이지(21)가 서로 상기 제2상대위치를 갖도록 이송하는 단계(s30);
    (iv) 상기 (ii)단계에서의 작동전극셀(122)에 소정의 전압을 가하여 상기 작동전극셀(122) 으로부터 탈착된 조형재료입자가 상기 조형스테이지(21) 또는 직전 조형레이어면에 안착하는 단계(s40);
    (v) 상기 (iv)단계에서 상기 조형스테이지(21) 또는 직전 조형레이어면에 안착된 조형재료입자에 광원모듈(30)이 조형광선을 조사하여, 상기 조형재료입자를 용융 또는 소결하는 단계(s50);
    (vi)입체조형물의 형상이 완성될 때까지, 상기 (i) 단계 내지 상기 (v)단계를 반복하여 수행하는 단계(s60);
    를 포함하여 이루어지는 입체조형장치를 이용한 입체조형방법.
17. 청구항 15의 입체조형장치를 이용하여 입체형상물을 조형하는 방법에 있어서,
    (a)상기 조형재료컨테이너(11)에 조형재료입자를 충진하는 단계(s100);
    (b)상기 회전이송판(141)의 회전으로 상기 조형재료컨테이너(11)를 상기 전극그리드(12)의 하방에 위치시키는 단계(s200);
    (c)상기 전극그리드(12)가 하방 이동하여, 상기 전극그리드(12) 및 상기 조형재료컨테이너(11)가 서로 상기 제1상대위치를 형성하는 단계(s300);
    (d)상기 제어모듈(40)에 의해 선택된 하나 이상의 작동전극셀(122)에 소정의 전압을 가하여 상기 작동전극셀(122)에 상기 조형재료입자를 부착하는 단계(s400);
    (e)상기 회전이송판(141)의 회전으로 상기 조형스테이지(21)를 상기 전극그리드(12)의 하방에 위치시키는 단계(s500);
    (f)상기 전극그리드(12)가 하방 이동하여, 상기 전극그리드(12) 및 상기 조형스테이지(21)가 서로 상기 제2상대위치를 형성하는 단계(s600);
    (g) 상기 (d)단계에서의 작동전극셀(122)에 소정의 전압을 가하여 상기 작동전극셀(122) 으로부터 탈착된 조형재료입자가 상기 조형스테이지(21) 또는 직전 조형레이어면에 안착하는 단계(s700);
    (h) 상기 (g)단계에서 상기 조형스테이지(21) 또는 상기 직전 조형레이어면에 안착된 조형재료입자에 광원모듈(30)이 조형광선을 조사하여, 상기 조형재료입자를 용융 또는 소결하는 단계(s800);
    (i)입체조형물의 형상이 완성될 때까지, 상기 (a) 단계 내지 상기 (h)단계를 반복하여 수행하는 단계(s900);
    를 포함하여 이루어지는 입체조형장치를 이용한 입체조형방법.

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