KR101798925B1 - 3d 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3D 성형방법에 있어서, 성형대상 3D물체의 형상데이터를 준비하는 단계와, 성형대상 3D물체의 형상 중 시트와 접촉될 접촉표면과 진공흡입장치에 연결될 바닥면을 설정한 형상데이터를 준비하는 단계와; 상기 형상데이터로부터 일련의 노광 단위이미지들을 추출하는 단계와; 상기 단위이미지들을 순차적으로 조사하여 상기 3D물체를 얻는 단계를 포함하는 것을 기술적요지로 한다. 이에 의해 3D 성형방법은 사용자의 조작에 따라 효율적인 생산이 가능하다.

Description

3D 성형방법{A 3-dimensional forming method}

본 발명은 3D 성형방법에 관한 것이다.

3D프린터를 이용하여 성형물을 제작하기 위해서는 비교적 많은 시간과 비용이 많이 소모되었다. 이에 따라 다양한 형태의 제품 및 다양한 소재를 이용하여 제품을 제작하기에는 적합하지 않았다.

종래에는 제품의 생산성을 개선하기 위해 사전에 성형물을 관통하는 다수의 흡입공을 형성하고, 연화된 필름소재로 성형물을 덮은 다음 흡입공을 통해 공기를 흡입함으로서 제품을 성형하는 기술이 개시된 바가 있다.

그러나 이러한 종래 방법에 따르면, 성형물에 다수의 흡입공을 형성하여야 하는 불편이 크고, 특히 성형물의 형상이 복잡할 경우에는 흡입공의 형성이 사실상 불가능하거나, 작업시간이 크게 증가하는 문제점이 있었다. 또한 성형물의 테두리 가공이 정밀하지 못해 제품의 품위가 떨어지는 단점이 존재하였다.

본 발명의 목적은 사용자의 조작에 따라 효율적인 성형작업이 용이한 3D 성형방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 3D 성형방법에 있어서, 성형대상 3D물체의 형상 중 시트와 접촉될 접촉표면과 진공흡입장치에 연결될 바닥면을 설정한 형상데이터를 준비하는 단계와; 상기 형상데이터로부터 일련의 노광 단위이미지들을 추출하는 단계와; 상기 단위이미지들을 순차적으로 조사하여 상기 3D물체를 얻는 단계를 포함한다.

여기서 열가소성 시트를 가열하여 연화시키는 단계와; 상기 연화된 시트를 상기 3D물체의 접촉표면 상에 적치하고, 상기 바닥면으로부터 공기를 흡입하여 상기 시트를 상기 3D물체에 밀착시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 형상데이터는 상기 접촉표면과 상기 바닥면을 연결하는 다수의 공기인출공을 배치하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 시트를 연화시키는 단계 이전에, 상기 3D물체의 접촉표면과 시트의 접착면 중 적어도 어느 한 표면을 이형제 또는 접착제 중 적어도 하나를 도포하는 단계를 더 포함하는 것이 3D물체의 성형과정중의 손상을 방지하며, 시트와의 이형작업을 용이하게 하거나, 3D물체의 표면처리작업의 신뢰성을 향상시키는데 바람직하다.

한편, 상기 시트의 표면에 광경화성 잉크를 분사시키는 단계와; 상기 잉크가 분사된 시트 표면에 대하여 경화, 가열, 건조, 코팅 중 적어도 하나를 이용하여 경화시키는 후처리단계를 더 포함으로서 다양한 색감을 구현한 3D 물체를 제공할 수 있다.

상술한 본 발명에 따르면 3D성형방법은 사용자의 조작에 따라 효율적인 생산이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 3D 성형방법을 나타낸 공정흐름도이며,
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 3D 성형방법의 절차를 나타낸 예시도이며,
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 3D 성형방법의 실시예를 나타낸 예시도이다.

이하 도면을 참고하여 본 발명에 따른 3D 성형방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 3D 성형방법을 나타낸 공정흐름도이다. 도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 3D 성형방법을 절차를 나타낸 예시도이다. 이들 도면을 참조하여보면, 본 발명에 따른 3D 성형방법은 먼저 3D물체(10)를 성형하기 위한 형상데이터(1)를 준비한다(S10).

도 2에 도시된 바와 같이, 형상데이터(1)는 사용자가 성형하기 위한 3D물체(10)를 예시한 것이다. 이러한 3D물체(10)의 형상데이터는 사용자의 선택에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 이 반구형의 3D물체(10)의 형상데이터(1)를 이용하여 노출된 3D물체(10)의 표면을 시트(90)로 진공성형한다. 경우에 따라서는 노출된 3D물체(10)의 표면을 시트(90)를 이용하여 라미네이팅 표면처리를 실시할 수 있다.

이러한 형상데이터(1)의 저부 둘레에는 절삭공정에서의 작업의 편의를 위해 형상데이터(1)의 저부 둘레로부터 연장 형성된 컷팅안내부(17)가 형성된다. 컷팅안내부(17)에 의해 진공성형을 실시하여 성형된 진공성형물(93)은 진공성형물(93)의 둘레표면으로부터 추가적으로 연장된 영역을 형성한다. 이에 따라 절삭가공시 절삭공구가 삽입할 수 있는 여유공간이 생기며, 절삭공구가 무리하지 않게 진입하여 절삭공정을 실시하지 않음으로써, 진공성형물(93)에 대한 손상없이 절삭공정을 수행할 수 있다.

도 3은 공기인출공(13a, 13b)이 배치된 3D물체의 형상데이터를 예시한 것이다. 3D물체(10)의 형상데이터(1)는 도 3에서 도시된 바와 같이 모니터 상에 표시된다. 이러한 형상데이터(1)를 사용자는 시트(90)와 접촉할 접촉표면(11)과, 진공흡입장치에 연결될 바닥면(12)을 설정한 다음, 3D물체(10)의 형상과 크기를 고려하여 공기인출공(13a, 13b)의 형상, 수량 및 간격을 특정하여 배치한다(S20). 이러한 설정정보를 기초하여 3D물체(10)의 형상데이터(1)는 접촉표면(11)에 공기를 흡입하기위한 입구 측의 공기인출공(13a)이 배치되며, 바닥면(12)에는 출구 측의 공기인출공(13b)이 배치된다.

공기인출공(13a, 13b)은 형상데이터(1)의 형태 및 시트의 재질에 따라 예상되는 성형정도를 고려하여 선택적으로 배치할 수 있다. 특히 도 4에 도시된 바와 같이 사각형상의 모서리 부분과 같은 절곡되는 면이나 기울기가 급하게 변해 시트(90)의 밀착이 어려운 위치에 공기인출공(13a)을 배치하여 성형품질을 향상시키는 것이 바람직하다. 여기서 공기인출공(13a)의 직경은 10μ내지 3mm 이내로 형성되는 것이 바람직하다.

또한 공기인출공(13a, 13b)의 직경에 따라 시트(90)가 흡입되는 정도에 차이가 발생함에 따라 공기인출공(13a, 13b)의 둘레부에는 진공성형에 따른 컷팅절취부(미도시)가 형성될 수 있다. 컷팅절취부(미도시)는 진공성형시 공기인출공(13a, 13b)의 직경이 클 경우, 공기인출공(13a, 13b)의 내부로 시트(90)가 과도하게 흡입되어, 공기인출공(13a, 13b) 둘레부분에 융착되는 시트(90)가 얇게 밀착됨으로써 형성된다. 이러한 컷팅절취부(미도시)를 제거할 때, 비교적 시트(90)가 얇게 융착되어 있기 때문에 큰 노력없이 공기인출공(13a, 13b)의 형상부분에 대한 컷팅이 용이하다.

입구 및 출구 측의 공기인출공(13a, 13b)은 상호 연결되어 공기흡입유로(15)를 형성한다. 즉, 도 5의 형상데이터(1)의 단면도에서 도시된 바와 같이 공기흡입유로(15)는 곡선형상 및 직선형상으로 형성된다. 여기서, 공기흡입유로(15)는 본 실시예의 곡선형상 외에도 3D물체(10)의 형상에 따라 관통공을 형성하거나 다양한 각도 및 형상으로 형성될 수 있다. 경우에 따라서 진공성형물의 형상에 따라 공기흡입유로(15)를 형성하지 않고 공기인출공만 형성할 수 있다.

도 6는 3D물체가 성형되는 모습을 나타낸 측면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 공기흡입유로(15)가 적용된 형상데이터(1)는 3D물체성형장치의 제어부(50)에 전달된다. 제어부(50)에서는 전달된 형상데이터(1)에 기초하여, 광조사부(30)가 일련의 노광 단위 이미지를 순차적으로 조사하도록 조사신호를 전달한다(S13).

광조사부(30) 상부에 마련된 사각틀 형상의 수지조(20) 내에는 빛에 의해 경화되는 광경화 액체수지(23)가 수용된다. 광조사부(30)로부터 조사되는 노광 단위 이미지에 의해 단위 성형물이 성형되면, 제어부(50)의 신호에 따라 조형판(40)이 상향 이동하면서 공기인출공(13a, 13b)이 적용된 3D물체(10)를 획득한다(S15).

도 7은 3D물체의 진공성형장치의 구조를 나타낸 측면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 획득된 3D물체(10)는 조형판(40)에서 분리되어 흡착판(70) 상에 배치된다. 흡착판(70)의 상부에는 가열판(60)이 마련되며, 가열판(60)의 내부에는 열선(65)이 내장된다. 열선(65)은 가열판(60) 전체에 내장되어 열가소성 소재의 시트(90)를 가열하여 연화시킨다(S20). 여기서 시트(90)를 가열 연화시키는 온도는 50℃ 내지 300℃에서 실시한다. 일반적으로 110℃에서 시트를 가열연화 시킨다. 또한 3D물체(10)에 대한 밀착을 용이하게 하기위해 가열판(60)에는 공기분출구(63)가 마련되어 가열된 공기를 분사함으로써, 시트(90)가 3D물체(10)의 표면에 용이하게 밀착되도록 한다. 이러한 가열판(60)은 상부에 마련된 실린더(67)의 구동에 의해 상하방향으로 이동한다.

흡착판(70)의 상부면에는 3D물체(10)의 출구 측의 공기인출공(13b)과 연결되는 다수의 공기흡입공(75)이 마련되어 있다. 경우에 따라서 공기인출공(13b)과 공기흡입공은 연결되지않고 배치되어도 무방하다. 다수의 공기흡입공(75)은 흡착판(70) 내부에 마련되어 각각의 공기흡입공(75)과 대응하는 흡입관(73)과 연결된다. 이러한 흡입관(73)은 흡착판(70)의 내부에 마련된 판상의 플레이트(77) 상에 설치된다. 여기서 판상의 플레이트(77)는 공기흡입공(75)을 통한 흡입효율을 향상시키기 위해 플레이트(77) 하부에 승강부재(79)를 마련하여, 흡입관(73)을 3D물체(10)의 저부표면과 근접 및 이격시킬 수 있다. 이를 통해 흡입관(73)으로 흡입되는 공기를 적절히 조절함으로써 흡입효율 및 표면처리의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 흡입효율을 향상시키기 위해 흡입관(73)의 둘레에는 탄성을 가진 밀폐부재(미도시)가 마련되는 것이 바람직하다. 이를 통해 진공펌프(80)의 작동에 의하여 발생하는 음압의 손상을 방지할 수 있다.

이러한 구조를 갖는 흡착판(70) 상에 3D물체(10)가 안치되면, 3D물체(10)의 구형면의 접촉표면(11)과, 접촉표면(11)에 부착되는 시트(90) 중 적어도 한 표면을 이형제로 도포한다. 이형제는 시트(90)와 3D물체(10)의 표면의 분리를 용이하게 한다. 이를 통해 진공성형물(93)의 손상을 방지하여 진공성형물(93)의 품위를 보장할 수 있다.

이형제로 도포 후, 시트(90)를 가열판(60)에 의해 가열하여 연화시킨다. 연화시킨 시트(90)는 형상데이터(1)에 입력된 표면처리정보에 기초하여 3D물체(10)의 접촉표면에 적치된다.(S35).

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 3D성형방법에 대한 실시예를 나타낸 예시도이다. 진공펌프(80)에 의해 시트(90)와 흡착판(70) 사이의 공기가 순간적으로 공기가 흡입되어 시트(90)가 3D물체(10)의 표면에 융착된다.

이후 도 8a에 도시된 바와 같이, 3D물체(10)의 표면에 대하여 시트필름(90)을 이형 시킨다(S40). 이형된 시트(90)는 컷팅안내부(17)의 형상과 대응된 영역에 형성된 컷팅영역을 형성한다. 이형된 시트(90)의 둘레부로부터 연장된 컷팅영역을 절삭가공 함으로써, 이형된 시트(90)의 테두리 가공이 안정적으로 실시되며, 전체적인 진공성형물(93)의 품위가 향상된다.

추가의 절삭공정이 완료된 시트(90)의 표면에는 적어도 2개의 색상을 각각 공급하는 노즐부를 갖는 컬러프린터를 통해 잉크를 분사하여 색상을 입힌다(S40). 그 후 분사된 잉크를 경화시키기 위해 가열, 건조, 코팅 중 적어도 하나의 후처리 공정이 진행된다(S43). 예를 들어, 제품의 품위를 위해 잉크가 분사된 시트 표면에 대하여 UV광원을 조사하여 잉크를 경화시킨다. 이러한 과정을 통해 시트의 표면의 분사된 잉크의 착색을 용이하여 다양한 색감을 구현할 수 있다. 이 외에도 열을 이용하여 잉크를 말리거나, 공기를 유동을 확산시키는 팬을 이용하여 잉크를 건조할 수 있다.

이러한 과정을 통해 최종적인 진공성형물(93)을 제조하며, 이상과 같은 구성을 갖는 3D 성형방법은 사용자의 조작에 따라 빠른 리드타임과 비교적 저렴한 제조비용에 의한 효율적인 생산이 가능하다.

경우에 따라서는 도 8b에 도시된 바와 같이 공기인출공(13a, 13b)이 형성된 3D물체(10)를 진공성형하지 않고, 시트(90)를 이용하여 라미네이팅 표면처리 한다. 여기서 3D물체(10)상에 시트(90)를 적치하기 전에 접촉표면(11)과, 시트(90) 중 적어도 한 표면을 접착제로 도포하는 것이 바람직하다. 이러한 접착제는 시트(90)와 접촉표면(11)의 접착효율을 향상시켜 작업신뢰성을 높여준다. 이를 통해 비교적 간단한 방법으로 표면처리작업을 효율적으로 실시할 수 있다.

1: 형상데이터 10: 3D물체
11: 접촉표면 12: 바닥면
13: 공기인출공 15: 공기흡입유로
17: 컷팅안내부 20: 수지조
23: 액상수지 30: 광조사부
40: 조형판 50: 제어부
60: 가열판 63: 공기분출구
65: 열선 67: 실린더
70: 흡입판 73: 흡입관
75: 공기흡입공 77: 플레이트
79: 승강부재 80: 진공펌프
90: 시트 93: 진공성형물

Claims (5)

1. 3D 성형방법에 있어서,
   성형대상 3D물체의 형상 중 시트와 접촉될 접촉표면과 진공흡입장치에 연결될 바닥면을 설정한 형상데이터를 준비하는 단계와;
   상기 형상데이터로부터 일련의 노광 단위이미지들을 추출하는 단계와;
   상기 단위이미지들을 순차적으로 조사하여 상기 성형대상 3D물체에 대응하는 3D프린팅물을 얻는 단계와;
   상기 3D프린팅물을 상기 진공흡입장치에 연결하는 단계와;
   열가소성 시트를 가열하여 연화시키는 단계와;
   상기 연화된 시트를 상기 3D프린팅물의 접촉표면 상에 적치하고, 상기 바닥면으로부터 공기를 흡입하여 상기 시트를 상기 3D프린팅물에 밀착시키는 단계와;
   상기 시트를 상기 3D프린팅물로부터 분리하여 상기 성형대상 3D물체를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 성형방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 3D프린팅물은 상기 접촉표면과 상기 바닥면을 연결하는 복수개의 공기인출공을 가지는 것을 특징으로 하는 3D 성형방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 시트를 연화시키는 단계 이전에, 상기 3D프린팅물의 접촉표면과 시트의 접착면 중 적어도 어느 한 표면을 이형제 또는 접착제 중 적어도 하나를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 성형방법.
5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 시트의 표면에 광경화성 잉크를 분사시키는 단계와;
   상기 잉크가 분사된 시트 표면에 대하여 경화, 가열, 건조, 코팅 중 적어도 하나를 이용하여 경화시키는 후처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 성형방법.

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