KR101687285B1 - 특수용액의 증기를 이용한 3d조형물 표면 후처리 장치 및 방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 특수용액의 증기를 이용한 3D조형물 표면 후처리 장치 및 방법이다.
본 발명에 따르면, 상기 3D조형물 표면 후처리 장치(1)의 상부에 형성되며 상기 3D조형물이 안치되는 상부하우징(10);과 상기 상부하우징(10)의 하단에 설치되며 증기가 통과할 수 있는 증기구멍(31)이 형성된 채반(30);과 상기 채반(30)과 연결되어 상기 채반(30)의 하부에 형성되는 하부하우징(20);과 상기 하부하우징(20) 내에 형성되며 상기 특수용액을 수용하고 기화를 촉진 시키는 열을 방출하는 가열장치(51)를 포함한 가열용기(50); 및 상기 가열용기(50)의 작동시간 및 온도를 조정할 수 있는 제어장치(60);를 포함하여 구성되어진 특수용액의 증기를 이용한 3D조형물 표면 후처리 장치에 관한 것이고, 아세톤(acetone)을 주요성분으로 하는 상기 특수용액을 상기 가열장치(31)의 열을 통해 기화되는 과정에서 발생하는 상기 특수용액의 증기로 상기 3D조형물 표면을 매끄럽게 후처리 하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 본 발명은, 사용자에게 완성도 및 일체성이 돋보이는 조형물을 얻게하려 함이다.

Description

특수용액의 증기를 이용한 3D조형물 표면 후처리 장치 및 방법.{The device and method of three dimensional sculpture Post treatment using vapor of the special liquid}

본 발명은 3D조형물 표면 후처리 장치에서 특수용액의 증기를 이용하여 3D조형물의 표면을 후처리 하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 아세톤(acetone)이 주요성분으로 첨가된 상기 특수용액을 상기 3D조형물 표면 후처리 장치 내부에 구성되어 있는 가열장치를 이용하여 열로 인해 상기 특수용액이 기화되는 과정에서 발생하는 증기를 이용해 3D프린터의 제품성형의 첨가형 방식으로 성형된 상기 3D조형물 외관의 경계면 및 표면에 안착되어 있는 이물질을 제거하여 표면을 매끄럽게 함으로써 상기 3D조형물의 완성도 및 일체성을 제고하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

근래에 물체에 대한 가상으로 모델링한 3D데이터를 이용하여 가상의 물체를 실제로 성형할 수 있는 3D프린터의 사용과 보급이 점차 증가되고 있다. 이러한 3D프린터는 과거에는 대량생산 이전의 모델링이나 샘플 제작과 같은 용도로 주로 활용되었으나, 최근에는 다품종 소량생산 제품을 중심으로 양산이 가능한 제품의 성형에도 사용될 수 있는 기술적 기반이 조성되고 있어서 앞으로 3D프린터 시장은 보다 널리 확대 될 전망이다. 이러한 3D프린터의 제품성형 방식은 크게 두가지로 나뉜다.

첫째, 대상물체를 2차원의 평면형태로 성형한 것을 3차원으로 적층하면서 용융 부착하여 형태를 만들어가는 첨가형 방식이다.

둘째, 임의의 일정한 크기의 재료덩어리를 조각하듯이 절삭해서 형태를 만들어가는 절삭형 방식이다. 여기서, 첨가형 방식은 일반적으로 2차원의 평면형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형함으로 인해 복수개의 2차원 평면형태 간의 경계면이 형성되어 성형된 3D조형물의 외관이 절삭형 방식에 비해 완성도와 일체성이 떨어지는 매끄럽지 못한 표면을 가지는 문제점을 가지고 있다.

이에 본 발명은 상기 전술한 문제점을 해결하기 위해, 상기 3D프린터의 제품 성형방식 중 첨가형 방식으로 성형된 3D조형물의 외관을 상기 특수용액의 증기를 이용하여 표면을 매끄럽게 하는 표면 후처리 장치 및 방법 지원에 관한 것으로 상기 3D조형물의 완성도와 일체성을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 특수용액의 증기를 이용한 3D조형물 표면 후처리 장치에 있어서,

상기 3D조형물 표면 후처리 장치의 상부에 형성되며 상기 3D조형물이 안치되는 상부하우징;과 상기 상부하우징의 하단에 설치되며 증기가 통과할 수 있는 증기구멍이 형성된 채반;과 상기 채반과 연결되어 채반의 하부에 형성되는 하부하우징;과 상기 하부하우징 내에 형성되며 특수용액을 수용하고 상기 특수용액의 기화를 촉진 시키는 열을 방출하는 가열장치를 포함한 가열용기; 및 상기 가열용기의 작동시간 및 온도를 조정할 수 있는 제어장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 상부하우징과 상기 하부하우징 중 어느 한 곳에 위치하며 상기 특수용액을 투입할 수 있는 투입구가 포함되며, 상기 특수용액의 증기를 배출시키는 증기배출구가 더 포함되는 것을 특징으로 한다. 또, 상기 상부하우징은 상기 3D조형물의 출입이 가능하도록 개폐되는 창이 더 포함되고, 상기 채반은 상기 특수용액의 증기가 상기 3D조형물의 표면에 골고루 응결될 수 있도록 고르게 증기구멍이 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제어장치는 상기 상부하우징과 상기 하부하우징 중 어느 한 곳에 위치하며 상기 3D조형물 표면 후처리 장치의 전원스위치;와 전원의 공급 유무를 표시하는 전원ON/OFF확인램프;와 상기 가열장치의 온도와 작동시간을 조정할 수 있는 조정버튼; 및 상기 가열장치의 온도와 작동시간 정보를 표시하는 출력화면;을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 특수용액의 증기를 이용한 3D조형물 표면 후처리 방법에 있어서,

상기 채반에 상기 3D조형물을 안치하는 배치단계;와 상기 투입구를 통해 상기 특수용액을 상기 가열용기에 수용하는 저장단계;와 상기 제어장치를 조작하여 상기 가열장치의 온도 및 시간을 조정하는 설정단계;와 상기 설정단계 후 상기 특수용액의 증기로 인해 상기 3D조형물의 표면과 반응하는 응결단계; 및 상기 응결단계 후 상기 3D조형물 표면 후처리 장치 내부에 남아있는 상기 특수용액의 증기를 상기 증기배출구를 통해 배출시키는 증기배출단계;로 구분되어 이루어지며, 상기 투입구를 통해 아세톤(acetone)이 주요성분으로 첨가된 상기 특수용액을 상기 가열장치를 이용하여 100℃~110℃로 가열하여 열로 인해 기화되는 과정에서 발생하는 상기 특수용액의 증기가 상기 3D조형물에 응결되어 상술한 복수개의 2차원 평면형태 간의 경계면 및 표면에 붙어있는 이물질과 반응하여 매끄러운 외관을 가지도록 하는 것을 특징으로 이루어 진다.

한편, 이에 앞서 본 명세서는 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 상기 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면,

상기 3D프린터 제품 성형방식 중 첨가형 방식으로 성형된 3D조형물이 상기 특수용액의 증기로 인한 후처리를 통해 외관을 매끄럽게 하여 완성도 및 일체성 있는 성형 결과물을 제공하는데에 매우 효과적인 발명이라 하겠다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3D조형물 표면 후처리 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3D조형물 표면 후처리 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3D조형물 표면 후처리 장치 내부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3D조형물 표면 후처리 장치 내부 결합도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 3D조형물 표면 후처리 장치의 제어장치 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 3D조형물 표면 후처리 방법의 흐름도이다.

본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 이하 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3D조형물 표면 후처리 장치의 사시도이고, 도2는 3D조형물 표면 후처리 장치의 측면도이다. 도 3과 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3D조형물 표면 후처리 장치 내부의 구성도 및 결합도이고, 도 5는 3D조형물 표면 후처리 장치의 제어장치 구성도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 3D조형물 표면 후처리 장치(1)의 상부에 형성되며 상기 3D조형물이 안치되는 상부하우징(10);과 상기 상부하우징(10)의 하단에 설치되며 증기가 통과할 수 있는 증기구멍(31)이 형성된 채반(30);과 상기 채반(30)과 연결되어 상기 채반(30)의 하부에 형성되는 하부하우징(20);과 상기 하부하우징(20) 내에 형성되며 상기 특수용액을 수용하고 기화를 촉진 시키는 열을 방출하는 가열장치(51)를 포함한 가열용기(50); 및 상기 가열용기(50)의 작동시간 및 온도를 조정할 수 있는 제어장치(60);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 채반(30)에는 상기 특수용액의 증기가 통과 할 수 있는 증기구멍(31)이 고르게 형성되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 증기구멍(31)을 형성하는 이유는 상기 가열장치(51)에 의해 상기 특수용액이 열을 흡수하여 기화되는 과정에서 방출되는 증기가 증기구멍(31)을 통해 통과되어 상기 3D프린터로 성형된 3D조형물의 표면에 고르게 응결될 수 있도록 하기 위함이다. 또 상기 상부하우징(10)과 상기 하부하우징(20) 중 어느 한 곳에 위치하며 상기 특수용액을 상기 가열용기(50) 안에 투입할 수 있는 투입구(40)가 포함되며, 상기 특수용액의 증기를 배출시키는 증기배출구(70)가 더 포함되는 것을 특징으로 한다. 또, 상기 상부하우징(10)은 상기 3D조형물의 출입이 가능하도록 개폐되는 창(80)이 더 포함된다. 또한, 상기 제어장치(60)는 상기 상부하우징(10)과 상기 하부하우징(20) 중 어느 한 곳에 위치하며 3D조형물 표면 후처리 장치(1)의 전원스위치(64);와 전원의 공급 유무를 표시하는 전원ON/OFF확인램프(63);와 상기 가열장치(51)의 온도와 작동시간을 조정할 수 있는 조정버튼(62); 및 상기 가열장치(51)의 온도와 작동시간 정보를 표시하는 출력화면(61);을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 예를들어, 상기 제어장치(60)는 상기 첨가형 방식으로 성형된 3D조형물의 표면에 상술한 복수개의 2차원 평면형태 간의 경계면 상태 및 이물질의 안착상태와 상기 3D조형물 크기 및 소재에 따라 사용자가 작동시간을 조정할 수 있도록 하기 위함이다. 그리고, 사용자가 상기 제어장치(60)로 하여금 임의로 조정한 작동시간이 지나면 상기 3D조형물을 상기 3D조형물 표면 후처리 장치(1)로부터 꺼내기 전에 증기배출구(70)를 통해 남아있는 상기 특수용액의 증기를 배출시켜 준다.

또한, 본 발명에 따른 상기 3D조형물 표면 후처리 방법에 있어서 상기 특수용액은 아세톤(acetone)을 주요성분으로 첨가하는 것을 특징으로 하며 상기 가열장치(51)의 온도는 100℃~110℃로 상기 가열장치(51)에 의해 발생되는 열이 아세톤(acetone)을 주요성분으로 한 상기 특수용액의 기화를 촉진시켜 상태변화를 빠르게 한다. 이때, 가열장치(51)의 온도가 낮으면 작동시간이 길어짐에 따라 작업시간 역시 길어지므로 작업의 효율성이 떨어지는 문제점이 발생한다. 반대로 가열장치(51)의 온도가 높은 상태로 유지되면, 가열장치(51)가 고열로 인해 자체적인 균열이나 고장이 잦아져 가열장치(51)을 교체해야 하는 번거로움과 고열로 인한 상기 3D조형물의 내구성 및 상기 특수용액의 주요성분인 아세톤(acetone)의 강한 인화성으로 안전사고의 위험이 있을 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 3D조형물 표면 후처리 방법의 흐름도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 채반에 상기 3D조형물을 안치하는 배치단계(S100);와 상기 투입구를 통해 상기 특수용액을 상기 가열용기에 수용하는 저장단계(S200);와 상기 제어장치를 조작하여 상기 가열장치의 온도 및 시간을 조정하는 설정단계(S300);와 상기 설정단계 후 상기 특수용액의 증기로 인해 상기 3D조형물의 표면과 반응하는 응결단계(S400); 및 상기 응결단계(S400) 후 상기 3D조형물 표면 후처리 장치 내부에 남아있는 상기 특수용액의 증기를 상기 증기배출구를 통해 배출시키는 증기배출단계(S500);로 구분되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 특수용액의 주요성분인 아세톤(acetone)은 일반적으로 아주 중요한 용매 중 하나이며 플라스틱이나 셀룰로스 도료제작에 널리 쓰이며, 물과 유기용매 모두에 잘 녹는다는 성질을 이용하여 세척하는데 사용된다. 또한 페인트, 바니시, 래커, 지방, 오일, 왁스, 수지, 프린트 잉크, 플라스틱, 아교 등을 녹이는데 사용되므로, 상술한 특성을 활용하여 본 발명인 상기 3D조형물 표면 후처리 방법에 접목하였다. 아세톤(acetone)은 다른 유기물질과 잘 섞이는 만큼 세척되지 않는 물질을 지우는 데 특히 효과적이다. 하지만 유기용제인 만큼 휘발성이 뛰어나 공기 중에 유해가스 형태로 존재하기도 한다. 아세톤(acetone)을 공기로 흡입할 경우 코와 목안의 점막을 자극하여 염증, 두통, 현기증, 구토 등을 일으킨다. 심할 경우 마취 작용에 의해 의식을 잃을 수도 있다. 아세톤(acetone) 자체의 독성이 강해 피부나 호흡기를 통해 인체에 흡수될 경우 신경세표, 호흡기, 소화기 및 각종 장기에 장애를 일으키는 유기용제 중독의 원인으로도 작용한다. 또한, 인화성이 강한 물질이기 때문에 취급에 주의해야 한다. 상술한 바와 같이 상기 특수용액의 주요성분인 아세톤(acetone)은 상기 3D조형물 표면 후처리 방법에 꼭 필요한 물질이나 반드시 취급 시에는 환풍기와 같은 안전시설 설치 및 보호구 착용을 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

본 발명은 근래 사용이 점차 늘어나고 있는 3D프린터로 성형된 상기 3D조형물 외관의 이물질 제거 및 표면을 매끄럽게 하여 사용자에게 완성도와 일체성이 높은 결과물을 제공하는데에 적용할 수 있다.

1 : 3D조형물 표면 후처리 장치 10 : 상부하우징
20 : 하부하우징 30 : 채반
31 : 증기구멍 40 : 투입구
50 : 가열용기 51 : 가열장치
60 : 제어장치 61 : 출력화면
62 : 조정버튼 63 : 전원ON/OFF램프
64 : 전원스위치 70 : 증기배출구
80 : 창 90 : 3D조형물
S100 : 배치단계 S200 : 저장단계
S300 : 설정단계 S400 : 응결단계
S500 : 증기배출단계

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 3D조형물 표면 후처리 장치(1)의 상부에 형성되며 상기 3D조형물(90)이 안치되고 상기 3D조형물(90)이 출입되도록 개폐 가능한 창(80)이 형성된 상부하우징(10);과
   상기 상부하우징(10)의 하단에 설치되며 증기가 통과할 수 있는 증기구멍(31)이 고르게 형성되어 3D조형물(90)의 표면에 골고루 응결될 수 있도록 하는 채반(30);과
   상기 채반(30)과 연결되어 상기 채반(30)의 하부에 형성되는 하부하우징(20);과
   상기 하부하우징(20) 내에 형성되며 아세톤(acetone)이 주요성분으로 첨가된 특수용액을 수용하고 기화를 촉진 시키는 열을 방출하는 가열장치(51)를 포함한 가열용기(50); 및
   상기 가열용기(50)의 작동시간 및 온도를 조정할 수 있는 제어장치(60);로 구성되되,
   상기 상부하우징(10)과 상기 하부하우징(20) 중 어느 한 곳에는 특수용액의 증기를 배출시키는 증기배출구(70);와
   특수용액을 상기 가열용기(50) 안에 투입할 수 있는 투입구(40);가 더 포함되고,
   상기 상부하우징(10)과 상기 하부하우징(20) 중 어느 한 곳에 위치하는 상기 3D조형물 표면 후처리 장치(1)의 전원스위치(64);와
   전원의 공급 유무를 표시하는 전원ON/OFF확인램프(63);와
   상기 가열장치(51)의 온도와 작동시간을 조정할 수 있는 조정버튼(62); 및
   상기 가열장치(51)의 온도와 작동시간 정보를 표시하는 출력화면(61);으로 구성되는 특수용액의 증기를 이용한 3D조형물 표면 후처리 장치(1)에 있어서,
   상기 채반(30)에 3D조형물(90)을 안치하는 배치단계(S100);와
   상기 투입구(40)를 통해 특수용액을 상기 가열용기(50)에 수용하는 저장단계(S200);와
   상기 제어장치(60)를 조작하여 상기 가열장치(51)의 온도 및 시간을 조정하는 설정단계(S300);와
   상기 설정단계(S300) 후 상기 특수용액의 증기로 인해 3D조형물(90)의 표면과 반응하는 응결단계(S400); 및
   상기 응결단계(S400) 후 상기 3D조형물 표면 후처리 장치(1) 내부에 남아있는 특수용액의 증기를 상기 증기배출구(70)를 통해 배출시키는 증기배출단계(S500);로 구분되어 3D조형물(90)의 표면을 후처리 하되,
   상기 설정단계(S300)에서는 투입구(40)를 통해 아세톤(acetone)이 주요성분으로 첨가된 상기 특수용액을 상기 가열장치(51)를 이용하여 100[℃]~110[℃]로 가열하여 열로 인해 특수용액이 기화되는 과정에서 발생하는 증기가 제품성형의 방법 중 대상물체를 2차원의 평면형태로 성형한 것을 3차원으로 적층하면서 용융 부착하여 형태를 만들어가는 첨가형 방식으로 성형된 3D조형물(90)에 응결되어 표면의 경계면 및 이물질과 반응하여 3D조형물(90)의 표면을 매끄럽게 하도록 하는 특수용액의 증기를 이용한 3D조형물 표면 후처리 방법.

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