KR101800763B1 - 가스분해 증착 3d 프린팅 제작물의 기판 분리방법 및 이에 적용되는 식각 처리장치 - Google Patents

가스분해 증착 3d 프린팅 제작물의 기판 분리방법 및 이에 적용되는 식각 처리장치 Download PDF

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박종복
이동길
장원근
김양규
이광훈
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한국광기술원
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Abstract

본 발명은 성형가스 분위기에서 금속소재의 기판에 레이저빔을 조사하여 성형가스의 열분해에 의해 상기 기판에 증착되어 형성된 성형체로부터 상기 기판을 분리하는 방법에 관한 것으로, 기판 저면과 기판 상면의 가장자리가 노출된 상태를 유지하면서 기판 상면에 성형체를 에워싸게 제1보호층으로 피막하는 단계와, 기판을 제1식각액에 의해 제1보호층에 피막된 성형체로부터 분리하는 단계와, 제1보호층을 성형체로부터 제2식각액에 의해 분리하는 단계를 포함한다. 이러한 가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리방법 및 이에 적용되는 식각 처리장치에 의하면, 금속소재 기판으로부터 성형체를 안정적이면서 용이하게 분리할 수 있다.

Description

가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리방법 및 이에 적용되는 식각 처리장치{method of separarting substrate from 3D printing mold by deposition process and etching equipment applying thereof}
본 발명은 가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리방법 및 이에 적용되는 식각 처리장치에 관한 것으로서, 상세하게는 기판 위에 증착된 다양한 크기의 3D프린팅 제작물을 안정적이면서 용이하게 기판으로 분리하는 가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리방법 및 이에 적용되는 식각 처리장치에 관한 것이다.
3D 프린터는 형성하고자 하는 입체 모양을 인쇄기법에 의해 성형할 수 있는 장치를 말한다.
최근에는 제품의 디자이너 및 설계자가 캐드(CAD)나 캠(CAM)을 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성하고, 생성한 데이터를 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작하는 이른바 3차원 프린팅 방법이 등장하게 되었으며, 이러한 3D 프린터를 산업, 생활, 의학 등 매우 다양한 분야에서 활용하고 있다.
일반적인 3D 프린터의 기본적인 원리는 얇은 2D 레이어를 쌓아서 3D 물체를 만드는 것이다.
즉, 3D 프린터 방법에는 광경화성 수지에 레이저 광선을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(Stereo Lithography Apparatus)와, SLA에서의 광경화성 수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하여 레이저 광선으로 주사하여 기능성 고분자 또는 금속분말을 고결시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS(Selective Laser Sintering), 열가소성 수지를 이용한 IM(Inkjet modeling), 석회가루를 이용한 3DP(3 Dimension Printing)등이 있다.
기존의 SLA 방식은 광경화성 수지를 이용하는 방법으로 미국특허 4,575,330호에 개시되어 있다.
한편, 3D 프린팅 방식에서 수지를 경화시키는 방식의 경우 비정질 구조로 형성되기 때문에 고강도의 성형체의 경우 적용하기 어렵다. 또한, 금속분말을 고결시키는 경우에도 결정성장 구조가 아니어서 이 역시 강도가 약한 단점이 있다.
또한, 고체나 액체 재료를 성형 원료로 사용하는 통상적인 3D프린팅 방식에서는 원자 또는 분자 크기의 증착 두께의 정밀도로 성형하기 어려운 단점이 있다.
따라서, 원자 또는 분자 크기의 증착 두께의 정밀도로 입체적 형상을 형성할 수 있으면서 결정 성장에 의해 강도도 향상시킬 수 있는 가스분해 증착 3D 프린터가 요구되고 있다.
그러나, 가스분해 증착 3D프린팅 방식은 금속 기판 위에 물리 화학적 결합력이 강하게 형성되는 성형체의 경우 대부분 절단, 밀링, 폴리싱의 방법으로 기판으로부터 성형체를 분리하나 분리자체가 어려운 경우가 있어 기판과 성형체의 분리에 많은 시간과 노력이 소요되며 성형체의 분리부분이 만족할만한 품질을 얻기 어려운 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 금속소재의 기판 위에 가스분해 증착방식으로 형성된 다양한 크기의 성형체의 기판으로부터의 분리를 용이하면서도 안정적으로 수행할 수 있는 가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리방법 및 이에 적용되는 식각 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리방법은 성형가스 분위기에서 금속소재의 기판에 레이저빔을 조사하여 성형가스의 열분해에 의해 상기 기판에 증착되어 형성된 성형체로부터 상기 기판을 분리하는 방법에 있어서, 가. 상기 기판 저면과 상기 기판 상면의 가장자리가 노출된 상태를 유지하면서 상기 기판 상면에 상기 성형체를 에워싸게 제1보호층으로 피막하는 단계와; 나. 상기 기판을 제1식각액에 의해 상기 제1보호층에 피막된 성형체로부터 분리하는 단계와; 다. 상기 제1보호층을 상기 성형체로부터 제2식각액에 의해 분리하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는 상기 제1보호층은 아세톤으로 제거가 가능한 열경화성 폴리머로 형성한다.
또한, 상기 나 단계는 상기 기판을 식각하는 제1식각액이 담수된 수조내에서 상기 기판의 저면을 상호 이격되게 지지하는 다수의 지지핀과 상기 지지핀 사이에 상하로 관통된 관통홀이 다수 형성된 지지플레이트를 상기 수조내에 설정된 높이로 부양시킬 수 있도록 상기 지지플레이트와 결합된 서포트 부재를 이용하여 상기 기판을 상기 수조내에 침수상태로 유지하면서 상기 기판을 상기 제1식각액으로 식각하고, 상기 기판을 중심으로 상호 대향되게 설치된 광원과 광검출기를 이용하여 상기 기판의 식각 종료시점을 상기 광검출기에서 수신된 신호에 의해 알려줄 수 있도록 구축된 식각처리장치에 의해 수행한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 식각 처리장치는 기판을 식각하는 제1식각액이 담수된 수조와; 상기 기판의 저면을 상호 이격되게 지지하는 다수의 지지핀 사이에 상하로 관통된 관통홀이 다수 형성된 지지플레이트와, 상기 지지플레이트를 상기 수조 내에 설정된 높이로 부양시킬 수 있도록 상기 지지플레이트와 결합된 서포트 부재와; 상기 수조 내의 온도를 검출하는 온도센서와; 상기 수조 상부에서 상기 기판을 향해 광을 출사하는 광원과; 상기 광원의 광출사방향에 대응되는 상기 수조 내에 설치되어 입사된 광을 상기 수조의 측면으로 반사시키는 반사경과; 상기 반사경으로부터 입사된 광을 검출하는 광검출기와; 상기 수조의 하부에서 상기 수조를 가열하는 가열부와; 상기 수조내에 저수된 제1식각액을 교반하는 교반부와; 상기 제1식각액의 온도가 설정된 식각온도를 유지하도록 상기 온도센서로부터 수신된 정보를 이용하여 상기 가열부의 구동 및 상기 교반부의 구동을 제어하고, 상기 광검출기로부터 광입사신호가 수신되면 출력부를 통해 상기 기판의 식각이 완료됐음을 알리는 알람정보가 출력되게 처리하는 식각 제어부;를 구비한다.
본 발명에 따른 가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리방법 및 이에 적용되는 식각 처리장치에 의하면, 금속소재 기판으로부터 다양한 크기의 성형체를 안정적이면서 용이하게 분리할 수 있다. 특히, 다양한 크기 성형체를 금속기판과 분리함에 있어 화학적으로 안정적으로 분리하고, 분리의 완료시점을 자동으로 완료할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리과정을 나타내 보인 공정 단면도이고,
도 2는 도 1의 제1보호층 형성과정의 다른 실시예를 나타내 보인 단면도이고,
도 3은 도 1의 기판 제거과정에 적용되는 식각 처리장치를 나타내 보인 도면이고,
도 4는 도 1의 성형체를 형성하는 3D프린터를 나타내 보인 도면이고,
도 5는 도 4의 빔스캔부의 일 예를 나타내 보인 도면이고,
도 6은 도 4의 챔버 내부를 확대 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리방법 및 이에 적용되는 식각 처리장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리과정을 나타내 보인 공정 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리과정은 먼저 가스분해 증착 3D프린터로 성형가스 분위기에서 금속소재의 기판(10)에 레이저빔을 조사하여 성형가스의 열분해에 의해 기판(10)에 성형체(20)를 증착하여 제작물을 형성하고, 그 다음으로 기판(10) 저면과 기판(10) 상면의 가장자리 영역이 노출된 상태를 유지하면서 성형체(20)를 에워싸게 제1보호층(22)으로 피막한 다음, 기판(10)을 제1식각액에 의해 제1보호층(22)에 피막된 성형체(20)로부터 분리한 후, 제1보호층(22)을 성형체(20)로부터 제2식각액에 의해 분리하는 과정을 수행한다.
이러한 과정에서 금속기판(10)에 성형체(20)를 형성하는데 적용되는 3D프린터를 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 적용되는 3D 프린터(100)는 레이저 빔 출사부(110), 빔 스캔부(130), 챔버(150), 성형 가스 공급부(180), 승하강 스테이지(190)를 구비한다.
레이저 빔 출사부(110)는 레이저 빔을 생성하여 출사한다.
레이저 빔 출사부(110)는 레이저 광원(112), 빔성형기(114), 빔확장기(116) 및 빔셔터(118)를 구비한다.
레이저 광원(112)을 레이저 광을 출사하며, 공지된 다양한 것이 적용될 수 있고, 연속빔을 출사하는 CW(continuous Wave) 레이저가 적용되는 것이 바람직하다.
빔성형기(114)은 레이저 광원(112)에서 출사되는 광빔의 횡단면상에서 가우스형 분포를 평탄화하여 광밀도를 균일하게 조정하여 평형빔으로 출사한다.
이러한 빔성형기(114)는 적어도 하나 이상의 비구면 렌즈가 적용된다.
빔성형기(114)은 국내 공개특허 제10-2008-0058001호 등 다양하게 게시되어 있어 상세한 설명은 생략한다.
빔확장기(116)는 빔성형기(114)에서 출사되는 빔을 확장시켜 출사한다.
빔확장기(116)는 오목렌즈 및 볼록렌즈의 조합으로 형성될 수 있다.
빔셔터(118)은 빔확장기(116)를 통해 진행되는 광에 대해 개구(118a)를 통해 전송 또는 개구(118a)를 차폐하여 광의 진행을 차단할 수 있도록 되어 있다.
빔셔터(118)의 개구(118a)를 차폐하는 구조는 개구(118a)를 승하강에 의해 차폐 또는 개방하는 차폐판 승하강 방식 또는 적어도 하나 이상의 회동판의 회동에 의해 개구(118a)를 차폐 또는 개방하는 방식등 공지된 다양한 셔터 구조가 적용될 수 있다.
여기서 빔셔터(118)의 개구(118a)는 원하는 스폿사이즈에 대응되게 적용하면 된다.
빔스캔부(130)는 레이저 빔 출사부(110)에서 출사되는 레이저 빔을 형성하고자 하는 성형체의 성형 형상에 대응되는 패턴으로 후술되는 챔버(150) 내부의 기판(10)을 향하여 조사할 수 있도록 광의 진행방향을 조정한다.
빔스캔부(130)는 통상적인 구조로 구축되면 되고, 도 5에 예시된 바와 같이 레이저 빔 출사부(110)의 빔셔터(118)를 거쳐 진행되는 광에 대해 성형면(A) 즉 기판(10)의 상면 또는 기판(10) 위에 성형된 성형체(20)를 기준으로 제1방향에 대한 조사방향을 제1반사경(131)의 각도를 조정하여 조정하는 제1방향조정기(133)와, 제1반사경(131)을 거쳐 진행되는 광에 대해 제1방향과 직교하는 제2방향에 대해 제2반사경(132)의 각도를 조정하여 조정하는 제2방향조정기(135)로 구축될 수 있다.
참조부호 147은 에프세타(f-θ)렌즈이다.
레이저 빔 출사부(110)에서 빔스캔부(130)를 거쳐 조사되는 레이저 빔의 스폿사이즈는 2차원상에서의 성형 정밀도와 관련되며 목적하는 정밀도에 대응되는 크기를 갖게 적용하면 되고, 기판(10)에 조사시 조사 영역을 700℃~1500℃ 정도로 발열시킬 수 있는 에너지를 갖는 것을 적용한다.
챔버(150)는 내부 공간(152)을 갖으며 상면에 광이 투과될 수 있는 투광창(154)이 형성되어 있다.
챔버(150)는 상부가 열린 내부공간(152)을 갖으며 다각면 형태로 형성된 본체(151)의 양측면에 내부공간(152)와 연통되며 성형가스가 유입되는 유입관(156)과, 챔버(150) 내부를 압력을 조절할 수 있도록 배기가 가능하게 내부공간(152)과 연통된 배기관(157)이 결합되어 있다.
배기관(157)에는 배기펌프(P)가 장착되어 있다.
압력센서(미도시)는 챔버(150) 내부의 압력을 검출하여 후술되는 프린팅 제어부(미도시)에 출력한다.
투광창(154)은 광의 투과율이 좋으며 반사가 억제되는 소재로 형성되며 본체(151)의 상면을 통해 결합 및 분리될 수 있게 설치되어 있다.
기판(10)은 챔버(150) 내부에서 홀더 유니트(160)를 통해 장착되어 있으며 성형하고자 하는 성형체가 성장되는 베이스가 된다.
홀더 유니트(160)는 챔버(150) 내부에서 기판(10)을 지지하며 도 6을 함께 참조하여 설명한다.
홀더 유니트(160)는 제1 및 제2지지체(161)(162)와, 제1 및 제2고정부(171)(172), 스프링(165)을 구비한다.
제1지지체(161)의 기판(10)의 일부를 하부에서 지지하기 위한 요소이며 후술되는 제2지지체(162)와 이격되게 배치된다.
제1지지체(161)는 상면 및 하면이 평평한 사각체 형태로 형성되어 있으며, 측면에는 제2지지체(162)를 향하는 방향으로 돌출된 진퇴 가이드 돌기(161a)가 형성되어 있다.
제2지지체(161)도 상면 및 하면이 평평한 사각체 형태로 형성되어 있으며, 제1지지체(161)와 대향되는 측면에는 진퇴 가이드 돌기(161a)가 삽입되어 슬라이딩 되는 삽입홈(162a)이 형성되어 있다.
따라서, 제1지지체(161)는 제2지지체(162)에 대해 진퇴 가이드 돌기(161a)가 삽입홈(162a)에 삽입된 상태에서 진퇴되면서 이격간격이 조정될 수 있다.
제1지지체(161)와 제2지지체(162)의 상면에는 발열판(167)이 설치되어 있고, 상세한 설명은 후술한다.
제1고정부(171)는 제1지지체(161) 위의 발열판(167) 상에 안착된 기판(10)의 일부를 제1지지체(161)에 대해 고정하며, 기판(10) 상부에 안착되는 제1홀딩판(171a)과, 제1홀딩판(171a)으로부터 기판(10) 및 제1지지체(161)까지 관통되게 삽입되는 제1고정핀(171b)으로 되어 있다.
제2고정부(172)도 제1고정부(171)와 마찬가지로 제2지지체(162) 위의 발열판(167)상에 안착된 기판(10)의 일부를 제2지지체(162)에 대해 고정하며, 기판(10) 상부에 안착되는 제2홀딩판(172a)과, 제2홀딩판(172a)으로부터 기판(10) 및 제2지지체(162)까지 관통되게 삽입되는 제2고정핀(172b)으로 되어 있다.
스프링(165)은 제1지지체(161)에 대해 제2지지체(162)가 멀어지는 방향으로 탄성바이어스 시켜 기판(10)의 온도 변화시 기판(10)의 굴곡 발생을 억제하여 평평한 상태를 유지하기 위한 탄성 바이어스부로 적용된 것이다.
스프링(165)은 진퇴 가이드돌기(161a) 외측에서 진퇴 가이드돌기(161a)를 감싸면서 제2지지체(162)의 삽입홈(162a)이 형성된 측면을 향하여 연장되게 설치되어 있다.
여기서, 스프링(165)은 상온에서 제1지지체(161)에 대해 제2지지체(162)가 멀어지는 방향으로 탄성력을 인가할 수 있게 설치된다.
한편, 발열판(167)은 기판(10)이 안착되는 제1지지체(161)의 상면과 제2지지체(162)의 상면 모두에 장착되어 인가된 전력에 의해 발열되어 기판(10)에 열을 인가한다.
발열판(167)은 후술되는 성형가스의 열분해 온도보다는 낮은온도로 기판(10)을 가열할 수 있도록 구축되며 바람직하게는 발열판(167)의 가열온도는 400 내지 500℃가 적용된다.
이러한 발열판(167)에 의해 기판(10)이 400 내지 500℃로 예열된 상태에서 레이저 빔이 조사되면, 조사된 영역은 성형가스의 열분해 및 증착에 적합한 700℃ 내지 1500℃ 내로의 온도 상승에 필요한 에너지를 줄일 수 있어 성형속도를 향상시킬 수 있고, 급격히 큰 온도 변화를 줄임으로써 기판(10)의 열변형을 최소화시킬 수 있어 기판(10) 위에서 성형되는 성형체(20)의 성형 정밀도를 향상시킬 수 있다.
성형가스 공급부(180)는 기판(10)에 형성하고자 하는 성형체(20)의 성형 성분이 포함된 성형 가스를 챔버(150)에 공급한다.
성형 가스 공급부(180)는 성형가스 및 분위기 가스가 저정된 가스통(181)과, 각 가스통(181)으로부터 공급되는 가스량을 조절하는 유량조절기(182) 및 유량조절기(182)를 거쳐 챔버(150)의 유입관(156)으로 공통 접속된 메인 이송관(184)에 설치되어 가스를 공급 및 차단하는 메인밸브(183)를 구비한다.
여기서, 성형가스는 레이저빔의 조사에 의해 열분해 되어 기판(10)에 증착될 수 있는 것이 적용되면 되고 일 예로서, 탄소로 성형체를 형성하는 경우 CH4, C2H2, C2H4, C3H6 중 어느 하나가 적용된다.
또한, 성형가스의 공급 농도를 조절하기 위한 분위기 가스로서 Ar, N2 , H2 등이 성형가스와 함께 공급된다.
이 경우 기판(10)은 앞서 예시된 성형가스의 탄소 성분이 결정성장할 수 있는 소재로 된 것이 적용된다. 기판(10)은 Ni, Fe, Cu, Co, Au, Al 중 어느 하나의 소재로 형성된 것이 적용된다.
승하강 스테이지(190)는 챔버(150)가 안착되는 안착플레이트(191)를 수직상으로 승하강 시킬 수 있도록 되어 있다.
승하강 스테이지(190)는 베이스(195)에 대해 수직상으로 연장되게 설치된 수직바(196)에 대해 안착플레이트(191)를 수직상으로 승하강 시킬 수 있도록 되어 있다.
이러한 승하강 스테이지(190)는 안착 플레이트(191)를 레이저 빔이 기판(10)에 포커싱 되는 초기 위치 위치에 위치시킨 상태에서 성형체(20)를 레이저빔에 의해 2차원적으로 형성하고, 다음 레이어 형성단계에서는 안착플레이트(191)를 레이어 높이에 대응되게 하강시켜 다시 2차원적으로 성형하도록 지원한다.
한편, 승하강 스테이지(190)의 수직바(196)도 베이스(195)에 대해 2차원적으로 위치 이동할 수 있도록 구축된 것을 적용하는 것이 바람직하다. 즉, 수직바(196)의 하부에 결합된 슬라이딩판(197)을 베이스(195)에 대해 2차원적으로 위치 이동 가능한 것을 적용한다.
이러한 3D 프린터(100)는 형성하고자 하는 성형체에 대응되는 2차원 성형 데이터가 성형높이에 대응되게 레이어별로 마련되어 프린팅 제어부에 제공되면, 프린팅 제어부는 제공된 성형 데이터에 따라 레이저 광원(112), 빔셔터(118), 빔스캔부(130)를 제어하여 기판(10)의 상면을 기준으로 원하는 목표위치에 레이저빔이 조사되게 한다. 이러한 레이저 빔 조사에 의해 챔버(150) 내부로 공급된 성형가스가 열분해 되면서 기판(10)의 레이저 빔 조사영역에서 증착된다.
또한, 레이저빔의 조사 또는 비조사의 반복에 의해 기판(10)의 열적 팽창 또는 수축될 때 앞서 스프링(165)의 탄성력 및 복원력에 의해 기판(10)이 평평한 상태를 유지할 수 있어 표면굴곡 발생에 의한 성형 왜곡을 방지할 수 있다.
이러한 가스분해에 의한 결정 성형과정을 통해 원자 또는 분자 단위 두께의 레이어 정밀도를 갖으면서 기판(10)에 결정성장방식으로 성형체(20)를 원하는 입체 형상에 대응되게 형성할 수 있다.
한편, 이러한 3D프린터로 금속소재의 기판(10) 위에 형성이 완료된 성형체(20)에 대해 챔버(150)로부터 분리한 다음 기판(10) 저면과 상면 가장자리 영역은 노출된 상태를 유지하면서 성형체(20)를 에워싸게 제1보호층(22)으로 피막한다.
제1보호층(22)은 성형체(20)의 두께가 1mm이하로 얇은 경우 스핀코팅에 의해 형성하면되고, 성형체(20)의 두께가 1mm 이상인 경우 도 2에 도시된 바와 같이 기판(10) 상면에서 성형체(20) 보다 높은 높이로 성형체(20)를 에워싸는 경화틀(24)을 형성한 후 경화틀(24) 내로 제1보호층(22)용 소재를 충진한 후 경화하면 된다.
여기서, 경화틀(24)은 테프론 소재로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 제1보호층(22)은 기판(10)을 식각하는데 적용하는 제1식각액에 대해 안정적이면서 아세톤으로 제거가 가능한 열경화성 폴리머 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA(poly(methylmethacrylate)), 폴리카보네이트(PC)로 형성하는 것이 바람직하다.
다음은 기판(10)을 제1식각액에 의해 제1보호층(22)에 의해 피막된 성형체(20)로부터 분리하고 이에 적용되는 식각 처리장치는 후술한다.
마지막으로 제1보호층(22)을 성형체(20)로부터 제2식각액에 의해 분리하면된다. 앞서 설명된 바와 같이 제1보호층(22)이 아세톤으로 제거가 가능한 열경화성 폴리머로 형성된 경우 제2식각액을 아세톤으로 적용하여 제1보호층(22)을 제거하면된다.
여기서 제1식각액은 일 예로서, 기판(10)이 니켈, 구리, 철, 스테인레스 소재로 된 경우 FeCl3·6H2O, 염산(hydrochloric acid) 또는 FeCl3와 염산을 혼합한 것을 적용한다.
또한, 기판(10)이 알루미늄 또는 안티몬(Sb)인 경우 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O를 3:3:1:1의 비율로 혼합하여 형성된 것을 제1식각액으로 적용하여도 된다.
또한, 기판(10)이 크롬(Cr)인 경우 염산과 글리세린을 1:1로 혼합한 것을 제1식각액으로 적용하면 된다.
또한, 기판(10)이 티타늄(Ti)인 경우 불산(HF)과 물(H2O)을 1:9로 혼합한 것을 제1식각액으로 적용하면 된다.
이하에서는 기판(10)을 제1식각액에 의해 식각하는 식각처리 장치를 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에서 적용하는 식각 처리장치(300)는 수조(310), 지지플레이트(320), 서포트 부재(330), 온도센서(341), 광원(351), 반사경(352), 광검출기(353), 히터(361), 교반부(365), 출력부(371), 식각 제어부(375)를 구비한다.
수조(310)는 상부가 열린 저수공간을 갖게 형성되어 기판(10)을 식각하는 제1식각액(40)이 담수되어 있다.
수조(310) 및 제1식각액이 접촉될 수 있는 요소는 은 유리나 테프론의 재료를 이용하여 형성된 것을 적용하거나 코팅 처리하여 부식을 방지한다.
지지플레이트(320)는 기판(10)보다 작은 크기의 판형상의 베이스판(321)과, 베이스 판 상면에 상방으로 돌출되되 상단으로 갈수록 외경이 작아지게 뾰족하게 형성되어 기판(10)의 저면을 상호 이격되게 지지하는 다수의 지지핀(323)과, 지지핀(323) 사이에 상하로 관통되어 제1식각액이 유통할 수 있게 관통홀(324)이 다수 형성된 구조로 되어 있다.
이러한 지지플레이트(320)는 기판(10)과의 접촉영역이 지지핀(323)의 선단에 의해 최소화되고, 관통홀(324)을 통해 제1식각액(40)이 기판(10) 저면과 접촉되어 식각이 원할하게 이루어지게 한다.
서포트부재(330)는 일단이 지지플레이트(320)의 저면 또는 측면과 결합되고 타단은 수조(310)와 결합되어 지지플레이트(320)를 수조(310) 내에 설정된 높이로 부양시킨다.
서포트 부재(330)는 수조(310)에 대해 높이조절이 가능하게 수조(310) 또는 수조(10)가 안착되는 프레임에 결합되면되고, 높이 조절방식은 공지된 다양한 구조를 적용하면된다.
온도센서(341)는 수조(310) 내의 온도를 검출하고, 검출된 온도를 식각 제어부(375)에 제공한다.
광원(351)은 수조(310) 상부에서 기판(10)을 향해 광을 출사할 수 있게 설치되어 있다.
여기서, 광원(351)은 제1보호층(22)을 벗어난 기판(10) 상면을 향하되 제1식각액(40)내로 광출사 방향이 되도록 설치되어 있다.
반사경(352)은 광원(351)의 광출사방향에 대응되는 수조(310) 내의 바닥면에 설치되어 입사된 광을 수조(310)의 측면으로 반사시킨다.
광검출기(353)는 반사경으로부터 입사된 광을 검출하여 식각 제어부(375)에 출력한다.
가열부로서 적용된 히터(361)는 수조(310)의 하부에서 수조(310)를 가열한다.
교반부(365)는 수조(310) 내에 저수된 제1식각액을 교반한다.
교반부(365)는 수조(310) 하부에서 자력을 발생하며 상호 이격되게 형성된 자력발생기(365a)와 자력발생기(365a)에서 발생되는 자력에 의해 감응하는 자력감응편(365b)를 갖는 자력 교반기가 적용되었다.
이러한 교반부(365)는 자력발생기(365a)의 선택된 자력 발생에 의해 수조(310)내의 자력감응편(365b)이 유동하면서 제1식각액(40)을 교반한다.
교반부(365)는 도시된 예와 다른 방식으로 제1식각액(40)을 교반할 수 있는 교반구조가 적용될 수 있음은 물론이다.
출력부(371)는 식각 제어부(375)에 제어되어 알람정보를 출력하며, 알람 표시정보를 표시하는 표시부 또는 알람 음향정보를 출력하는 스피커가 적용될 수 있다.
식각 제어부(375)는 제1식각액(40)의 온도가 설정된 식각 온도를 유지하도록 상기 온도센서(341)로부터 수신된 정보를 이용하여 가열부로 적용된 히터(361)의 구동 및 교반부(365)의 구동을 제어하고, 광검출기(353)로부터 광입사신호가 수신되면 기판(10)이 제1식각액(40)에 의해 모두 식각되었다고 판단하고, 출력부(371)를 통해 기판(10)의 식각이 완료됐음을 알리는 알람정보가 출력되게 처리한다.
여기서, 식각이 완료되면 온도제어는 중지된다.
또한, 여기서 알람정보는 시각적으로 식각이 완료됐음을 알리는 표시정보 또는 음향으로 식각이 완료됐음을 알리는 음향정보로서 출력되도록 구축될 수 있다.
또한, 출력부(371)는 설정된 통신주소의 사용자 단말기(미도시)로 알람정보를 전송하도록 구축될 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명된 가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리방법 및 이에 적용되는 식각 처리장치에 의하면, 금속소재 기판으로부터 성형체를 안정적이면서 용이하게 분리할 수 있다.
10: 기판 20: 성형체
22: 제1보호층 40: 제1식각액
110: 레이저 빔 출사부 130: 빔 스캔부
150: 챔버 180: 성형 가스 공급부
190: 승하강 스테이지

Claims (4)

  1. 성형가스 분위기에서 금속소재의 기판에 레이저빔을 조사하여 성형가스의 열분해에 의해 상기 기판에 증착되어 형성된 성형체로부터 상기 기판을 분리하는 방법에 있어서,
    가. 상기 기판 저면과 상기 기판 상면의 가장자리가 노출된 상태를 유지하면서 상기 기판 상면에 상기 성형체를 에워싸게 제1보호층으로 피막하는 단계와;
    나. 상기 기판을 제1식각액에 의해 상기 제1보호층에 피막된 성형체로부터 분리하는 단계와;
    다. 상기 제1보호층을 상기 성형체로부터 제2식각액에 의해 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1보호층은 아세톤으로 제거가 가능한 열경화성 폴리머로 형성하는 것을 특징으로 하는 가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 나 단계는
    상기 기판을 식각하는 제1식각액이 담수된 수조내에서 상기 기판의 저면을 상호 이격되게 지지하는 다수의 지지핀과 상기 지지핀 사이에 상하로 관통된 관통홀이 다수 형성된 지지플레이트를 상기 수조내에 설정된 높이로 부양시킬 수 있도록 상기 지지플레이트와 결합된 서포트 부재를 이용하여 상기 기판을 상기 수조내에 침수상태로 유지하면서 상기 기판을 상기 제1식각액으로 식각하고, 상기 기판을 중심으로 상호 대향되게 설치된 광원과 광검출기를 이용하여 상기 기판의 식각 종료시점을 상기 광검출기에서 수신된 신호에 의해 알려줄 수 있도록 구축된 식각처리장치에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 가스분해 증착 3D 프린팅 제작물의 기판 분리방법.
  4. 삭제
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