KR101841492B1

KR101841492B1 - 다중 재료 동시 적층조형장치 및 다중 재료 동시 적층조형방법

Info

Publication number: KR101841492B1
Application number: KR1020160141122A
Authority: KR
Inventors: 정민교; 박준영; 한만희; 김대중; 김화중
Original assignee: 주식회사 인스텍
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2018-03-27

Abstract

본 발명은 3D 적층부위에 주재료를 토출하는 주재료토출부와 상기 3D 적층부위에 보조재료를 토출하는 보조재료토출부를 포함하고 상기 주재료토출부에 의한 주재료의 토출과 상기 보조재료토출부에 의한 보조재료의 토출을 동시에 수행하는 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈, 이러한 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈을 포함하는 다중 재료 동시 적층조형장치 및 이를 이용한 다중 재료 동시 적층조형방법에 관한 것이다.

Description

다중 재료 동시 적층조형장치 및 다중 재료 동시 적층조형방법{Multiple Material Simultaneous 3D Printing Device and Multiple Material Simultaneous 3D Printing Method}

본 발명은 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈, 다중 재료 동시 적층조형장치 및 다중 재료 동시 적층조형방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주재료를 토출하는 주재료토출부와 보조재료를 토출하는 보조재료토출부를 포함하고 상기 주재료토출부에 의한 주재료의 토출과 상기 보조재료토출부에 의한 보조재료의 토출을 동시에 수행하는 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈, 이러한 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈을 포함하는 다중 재료 동시 적층조형장치 및 이를 이용한 다중 재료 동시 적층조형방법에 관한 것이다.

3D 프린팅은 밀링 또는 절삭이 아니라, 기존 잉크젯 프린터의 인쇄방식과 유사하게 연속적인 계층의 물질을 뿌리면서 3차원 물체를 만들어내는 제조 기술로서 복잡한 형상이나 제품 내부에 형성된 형상 등의 구현을 용이하게 해주는 장점을 가지고 있다. 이와 같은 장점으로 인해 3D 프린팅 기술은 각종 산업용 부품과 의료용 임플란트 등 다양한 제품의 제작을 용이하게 만들어주는 고부가가치 기술로 각광받고 있다.

3D 프린팅은 3차원 제품의 형상을 균일하거나 가변적인 두께를 가지는 수많은 2차원 단면으로 나누어 각 2차원 단면을 적층 형성하는 방식으로 진행된다. 세부적인 방식 면에서는 광경화 수지 조형 방식, 선택적 레이저 소결 조형 방식, 레이저 직접 금속 성형 방식, 기계 접합 조형 방식, 잉크젯 광조형 혼합 방식, 파우더 분사 방식, 용융수지 압출 조형 방식, 마스크 투영 이미지 경화 방식 등이 있다.

종래의 적층식 3D 프린터는 적층 소재 면에서 한계를 가지고 있는데, 점도, 녹는점 등의 물성에 의해 정해지는 적층성이 좋지 않은 소재로 적층조형이 이루어지게 되면 적층조형 후 구조가 붕괴되거나 적층과정에서 소재가 흘러내리는 현상이 발생하게 된다. 이와 같은 이유에서 3D 프린터의 제조사들은 해당 기기에 정해진 소재만을 사용하도록 권장하고 있는 실정이다.

한편, 종래 적층식 3D 프린터는 동시에 여러 소재를 토출하는 것이 어려웠기 때문에 여러 가지 소재를 동시에 사용하여 적층조형을 하고자 할 경우 여러 재료를 혼합하여 토출하는 방식을 사용하였다. 예를 몇 가지 들면, 세라믹스는 경화가 요구되는 재료이기 때문에 적층성이 높지 않아 바인더와 혼합되어 사용되는데, 세라믹스와 바인더의 혼합 재료를 이용하여 적층조형이 이루어진 후, 바인더를 탈기시키는 경우 체적이 감소되는 문제가 발생하고 바인더를 탈기시키지 않는 경우에는 이종재질의 혼재로 인한 기공 등이 문제가 된다. 또한, 섬유형 강화재를 적층 소재로 사용하고자 할 경우 열가소성 고분자 소재와의 혼합이 필요한데, 고분자 소재와의 혼합을 위해서는 섬유형 강화재를 잘게 잘라 단섬유형으로 만들어야 했으므로 방향성 있는 강화효과의 발현이 어려웠다. 또한, 생체 임플란트 재료를 적층 소재로 사용하는 경우 세포의 내성장 등을 위한 약품을 함께 혼합할 필요가 있는데, 이 경우 생체 세라믹스의 조형성이 나빠지거나 약품의 균일한 분포가 어려워지는 문제가 있었다.

공개특허 특2003-0039929 "레이저 클래딩과 직접 금속 조형기술에서 이미지 촬영과이미지 프로세싱을 이용한 클래딩 층 높이의 실시간모니터링 및 제어 방법 및 그 시스템", 2003. 05. 22.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,

본 발명의 목적은, 주재료 및 보조재료의 동시 토출을 통해 다중 재료의 동시 적층을 가능하게 해주는 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈, 이러한 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈을 포함하는 다중 재료 동시 적층조형장치 및 이를 이용한 다중 재료 동시 적층조형방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 주재료의 적층성을 보조재료가 보강하여 줌으로써 적층조형에 있어서 주재료의 선택범위를 넓힐 수 있게 해주는 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈, 이러한 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈을 포함하는 다중 재료 동시 적층조형장치 및 이를 이용한 다중 재료 동시 적층조형방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 주재료의 기본적인 기능에 보조재료를 통한 부가 기능의 추가를 효과적으로 실현시켜주는 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈, 이러한 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈을 포함하는 다중 재료 동시 적층조형장치 및 이를 이용한 다중 재료 동시 적층조형방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 주재료와 보조재료의 독립적인 온도조절을 통해 주재료와 보조재료가 각각 적절한 온도에서 토출될 수 있게 해주는 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈, 이러한 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈을 포함하는 다중 재료 동시 적층조형장치 및 이를 이용한 다중 재료 동시 적층조형방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 보조재료의 토출방향이 토출되는 주재료와 만나도록 보조재료의 토출방향이 설정되어 다중 재료의 동시 적층이 효율적으로 이루어질 수 있게 해주는 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈, 이러한 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈을 포함하는 다중 재료 동시 적층조형장치 및 이를 이용한 다중 재료 동시 적층조형방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈은, 3D 적층부위에 주재료를 토출하는 주재료토출부와; 상기 3D 적층부위에 보조재료를 토출하는 보조재료토출부; 를 포함하고, 상기 주재료토출부에 의한 주재료의 토출 및 상기 보조재료토출부에 의한 보조재료의 토출을 동시에 수행한다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈은, 상기 주재료토출부는, 상기 주재료가 이동하는 실린더와; 상기 실린더의 내부의 온도를 조절하여주는 온도조절수단과; 상기 실린더를 통과한 주재료를 토출시키는 노즐; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈은, 상기 보조재료토출부는, 상기 보조재료가 이동하는 실린더와; 상기 실린더의 내부의 온도를 조절하여주는 온도조절수단과; 상기 실린더를 통과한 보조재료를 토출시키는 노즐; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈은, 상기 주재료토출부는, 상기 주재료가 이동하는 실린더와; 상기 실린더의 내부의 온도를 조절하여주는 온도조절수단과; 상기 실린더를 통과한 주재료를 토출시키는 노즐; 을 포함하고, 상기 보조재료토출부는, 상기 보조재료가 이동하는 실린더와; 상기 실린더의 내부의 온도를 조절하여주는 온도조절수단과; 상기 실린더를 통과한 보조재료를 토출시키는 노즐; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈은, 상기 보조재료토출부는 토출되는 보조재료가 상기 주재료토출부에서 토출되는 주재료와 만나도록 토출방향이 설정된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 다중 재료 동시 적층조형장치는, 상기 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈과; 상기 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈의 주재료토출부와 보조재료토출부를 제어하는 제어모듈; 을 포함한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 다중 재료 동시 적층조형방법은, 3D 적층부위에 주재료 및 보조재료를 토출하는 다중 재료 토출단계와; 상기 주재료 및 상기 보조재료를 상기 3D 적층부위에 적층시키는 다중 재료 적층단계; 를 포함한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 다중 재료 동시 적층조형방법은, 상기 다중 재료 적층단계를 통해 적층조형된 조형물을 후처리 하는 후처리단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 다중 재료 동시 적층조형방법은, 상기 후처리단계는 적층조형된 조형물에서 상기 보조재료를 제거하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 다중 재료 동시 적층조형방법은, 상기 다중 재료 토출단계는, 상기 주재료를 토출하는 주재료 토출단계와; 상기 보조재료를 토출하는 보조재료 토출단계; 를 포함하고, 상기 주재료 토출단계 및 상기 보조재료 토출단계는 동시에 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 다중 재료 동시 적층조형방법은, 상기 주재료 토출단계는, 상기 주재료를 이송시키는 주재료 이송단계와; 상기 주재료의 온도를 조절하는 주재료 온도조절단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 다중 재료 동시 적층조형방법은, 상기 보조재료 토출단계는, 상기 보조재료를 이송시키는 보조재료 이송단계와; 상기 보조재료의 온도를 조절하는 보조재료 온도조절단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 다중 재료 동시 적층조형방법은, 상기 주재료는 세라믹스이고, 상기 보조재료는 고분자 합성수지인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 다중 재료 동시 적층조형방법은, 상기 주재료는 섬유형 강화재이고, 상기 보조재료는 열가소성 고분자 소재인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 다중 재료 동시 적층조형방법은, 상기 주재료는 생체 임플란트 소재이고, 상기 보조재료는 의약품인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전술한 구성을 통해 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 주재료 및 보조재료의 동시 토출을 통해 다중 재료의 동시 적층을 가능하게 해주는 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈, 이러한 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈을 포함하는 다중 재료 동시 적층조형장치 및 이를 이용한 다중 재료 동시 적층조형방법을 제공함에 효과가 있다.

본 발명은 주재료의 적층성을 보조재료가 보강하여 줌으로써 적층조형에 있어서 주재료의 선택범위를 넓힐 수 있게 해주는 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈, 이러한 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈을 포함하는 다중 재료 동시 적층조형장치 및 이를 이용한 다중 재료 동시 적층조형방법을 제공하는 데에 효과가 있다.

본 발명은 주재료의 기본적인 기능에 보조재료를 통한 부가 기능의 추가를 효과적으로 실현시켜주는 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈, 이러한 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈을 포함하는 다중 재료 동시 적층조형장치 및 이를 이용한 다중 재료 동시 적층조형방법을 제공하는 효과가 있다.

본 발명은 주재료와 보조재료의 독립적인 온도조절을 통해 주재료와 보조재료가 각각 적절한 온도에서 토출될 수 있게 해주는 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈, 이러한 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈을 포함하는 다중 재료 동시 적층조형장치 및 이를 이용한 다중 재료 동시 적층조형방법을 제공하는 효과를 가진다.

본 발명은 보조재료의 토출방향이 토출되는 주재료와 만나도록 보조재료의 토출방향이 설정되어 다중 재료의 동시 적층이 효율적으로 이루어질 수 있게 해주는 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈, 이러한 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈을 포함하는 다중 재료 동시 적층조형장치 및 이를 이용한 다중 재료 동시 적층조형방법을 제공하는 데에 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈의 구성 모식도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 재료 동시 적층조형장치의 구성 모식도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 재료 동시 적층조형방법의 순서도.
도 4는 도 3의 다중 재료 토출단계의 상세 순서도.
도 5는 도 4의 주재료 토출단계의 상세 순서도.
도 6은 도 4의 보조재료 토출단계의 상세 순서도.
도 7은 도 3의 다중 재료 적층단계의 일 실시예의 진행 모식도.
도 8은 도 3의 후처리단계의 일 실시예의 진행 모식도.

이하에서는 본 발명에 따른 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈, 다중 재료 동시 적층조형장치 및 다중 재료 동시 적층조형방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈의 구성 모식도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈은 주재료토출부(1) 및 보조재료토출부(3)를 포함하고, 상기 주재료토출부(1)에 의한 주재료의 토출 및 상기 보조재료토출부(3)에 의한 보조재료의 토출을 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 주재료토출부(1)는 3D 적층부위에 주재료를 토출하는 역할을 수행한다. 상기 주재료토출부(1)는 상기 주재료가 이동하는 실린더(11), 상기 실린더(11)의 내부의 온도를 조절하여주는 온도조절수단(13) 및 상기 실린더(11)를 통과한 주재료를 토출시키는 노즐(15)을 포함한다.

상기 실린더(11)는 상기 주재료가 이동하는 통로이다. 상기 실린더(11)는 주재료 공급장치(미도시)로부터 주재료를 공급받게 된다.

상기 온도조절수단(13)은 상기 실린더(11) 내의 주재료가 적층조형에 적합한 상태가 되도록 상기 주재료를 가열하여주는 부분으로 전열히터 등으로 구현될 수 있다. 상기 주재료의 종류에 따라 상기 실린더(11) 내에 필요한 온도가 달라지므로 상기 온도조절수단(13)의 가동은 상기 주재료에 따라 달라질 수 있다.

상기 노즐(15)은 상기 실린더(11)를 통과한 주재료를 토출시키는 부분이다. 상기 노즐(15)은 상기 주재료의 원활한 토출을 위해 이송가스를 공급받아 상기 이송가스에 상기 주재료를 실어 토출하게 된다.

상기 보조재료토출부(3)는 상기 3D 적층부위에 보조재료를 토출하는 역할을 수행한다. 상기 보조재료토출부(3)는 상기 보조재료가 이동하는 실린더(31), 상기 실린더(31)의 내부의 온도를 조절하여주는 온도조절수단(33) 및 상기 실린더(21)를 통과한 보조재료를 토출시키는 노즐(35)을 포함하는데, 상기 실린더(31), 상기 온도조절수단(33) 및 상기 노즐(35)에 관해서는 상기 주재료토출부(1)에서 설명한 바와 유사하다.

상기 실린더(31)는 상기 보조재료로 이동하는 통로로서 보조재료 공급장치(미도시)로부터 보조재료를 공급받으며, 상기 온도조절수단(33)은 상기 실린더(31) 내의 보조재료가 적층조형에 적합한 상태가 되도록 상기 보조재료를 가열하여주는 부분으로 전열히터 등으로 구현될 수 있고, 상기 노즐(35)은 상기 실린더(31)를 통과한 보조재료를 토출시키는 부분으로 이송가스에 상기 보조재료를 실어 토출하게 된다.

상기 보조재료토출부(3)는 독자적인 온도조절수단(33)을 포함하고 있으므로 상기 주재료와 상기 보조재료의 적정 용융온도가 서로 다른 경우에도 상기 보조재료가 상기 실린더(31) 내에서 적정 온도가 되도록 독립적인 가열을 진행할 수 있다.

또한, 상기 보조재료토출부(3)에 의한 보조재료의 토출은 상기 주재료토출부(1)에 의한 주재료의 토출과 동시에 이루어지는 것에 특징이 있다. 이를 통해 한정된 재료만을 사용하는 종래 3D 적층 기술과 달리 본 발명은 보조재료를 통해 주재료의 선택범위를 넓히거나 부가가능을 첨가하여 다기능 소재로서의 조형물을 제공할 수 있게 된다.

한편, 상기 보조재료토출부(3)는 토출되는 보조재료가 상기 주재료토출부에서 토출되는 주재료와 만나도록 토출방향이 설정되는 것이 효율적인 3D 적층 공정의 진행을 위해 바람직하다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 재료 동시 적층조형장치의 구성 모식도가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 다중 재료 동시 적층조형장치는 상기 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈과 제어모듈(5)를 포함한다.

상기 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈은 상기 주재료토출부(1) 및 상기 보조재료토출부(3)를 포함하며, 그 상세한 구성은 위에서 설명한 바와 같다.

상기 제어모듈(5)은 상기 적층조형장치용 다중 재료 동시 토출모듈의 주재료토출부(1)와 보조재료토출부(3)를 제어하는 역할을 수행하는 부분으로 관련 제어프로그램을 내장한 컴퓨팅 회로로 구현된다. 상기 제어모듈(5)은 상기 주재료토출부(1)와 상기 보조재료토출부(3)를 각각 독립적으로 제어하여 줌으로써 상기 주재료 및 상기 보조재료 각각이 적층조형에 적합한 상태가 되도록 만들어준다. 특히, 상기 주재료와 상기 보조재료의 토출온도를 독립적으로 조절할 수 있어 상기 주재료와 상기 보조재료의 적정 용융온도가 다른 경우에도 각 재료를 적층조형에 있어 최적의 상태로 토출할 수 있게 해준다.

한편, 상기 다중 재료 동시 적층조형장치는 전술한 구성 외에 조형플랫폼 등 통상적인 3D 프린팅장치가 가지는 구성을 추가적으로 가질 수 있다. 다만, 일반적인 3D 프린터와 달리 상기 주재료와 상기 보조재료가 독립적으로 공급되어야 하므로 적층소재를 공급하는 모듈은 주재료의 공급과 보조재료의 공급을 독립적으로 수행할 수 있는 구조를 가져야 한다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 재료 동시 적층조형방법의 순서도가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 다중 재료 동시 적층조형방법은 다중 재료 토출단계(S1), 다중 재료 적층단계(S3) 및 후처리단계(S5)를 포함한다.

상기 다중 재료 토출단계(S1)는 3D 적층부위에 주재료 및 보조재료를 토출하는 단계이다. 도 4에 나타난 바와 같이 상기 다중 재료 토출단계(S1)는 상기 주재료를 토출하는 주재료 토출단계(S11)와 상기 보조재료를 토출하는 보조재료 토출단계(S13)를 포함하되, 상기 주재료 토출단계(S11) 및 상기 보조재료 토출단계(S13)는 동시에 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 주재료 토출단계(S11)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 주재료를 이송시키는 주재료 이송단계(S111)와 상기 주재료의 온도를 조절하는 주재료 온도조절단계(S113)를 포함할 수 있는데, 이를 실현하기 위한 다중 재료 동시 적층조형장치는 위에서 살펴본 바와 같다. 한편, 상기 주재료 이송단계(S111)와 상기 주재료 온도조절단계(S113)은 동시에 진행될 수 있다.

상기 보조재료 토출단계(S13)는 도 6에 도시된 것처럼 상기 주재료 토출단계(S11)와 마찬가지로, 상기 보조재료를 이송시키는 보조재료 이송단계(S131)와 상기 보조재료의 온도를 조절하는 보조재료 온도조절단계(S133)를 포함할 수 있다. 상기 보조재료 이송단계(S131)와 상기 보조재료 온도조절단계(S133) 역시 동시에 진행될 수 있다.

상기 다중 재료 적층단계(S3)는 상기 주재료 및 상기 보조재료를 상기 3D 적층부위에 적층시키는 단계이다. 상기 다중 재료 적층단계(S3)를 통해 상기 주재료 및 상기 보조재료는 상기 3D 적층부위에 동시에 적층된다.

이와 같이 상기 주재료와 상기 보조재료의 동시 적층이 진행될 경우 경화를 요하는 등 적층성이 다소 낮은 소재를 주재료로 사용하고 적층성이 상대적으로 우수한 소재를 보조재료로 사용하여 주재료의 적층성을 강화 내지 보조하여 주는 것이 가능하게 된다. 또한, 적층성이 높은 소재를 주재료로 사용하되 약품, 접착제 등 특수 기능을 가지는 소재를 보조재료로 사용하여 주재료의 기본적인 기능에 부가적인 기능을 추가하여 주는 것도 가능하게 된다.

구체적인 실시예를 몇 가지 들어보면 아래와 같다.

첫번째 실시예는, 상기 주재료로서 세라믹스가 사용되고, 상기 보조재료로서 고분자 합성수지가 사용되어 상기 세라믹스와 상기 고분자 합성수지의 적층이 동시에 이루어지는 것이다. 이와 같은 실시예는 적층 후 경화가 요구되는 주재료가 토출 후 적층되어 경화가 완료되기 전까지 적층성이 높은 보조재료가 주재료의 조형성을 보강하여 주는 유형이다. 상기 주재료로 경화를 요하는 금속이 사용되고, 상기 보조재료로는 적층성이 높은 고분자 합성수지가 사용되는 것도 가능하다.

종래 적층식 3D 프린터를 이용한 적층조형에서 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 등과 같은 금속원소가 산소, 탄소, 질소 등과 결합하여 만든 산화물, 탄화물, 질화물로 이루어진 세라믹스를 사용할 경우, 세라믹스는 경화가 요구되는 재료이기 때문에 바인더와 혼합되어 적층 소재로 사용하는데, 적층조형 후 바인더를 탈기시키면 체적이 감소되는 문제가 발생하고 바인더를 탈기시키지 않는 경우에는 이종재질의 혼재로 인한 기공 발생이 문제되었다.

본 발명에서 상기 주재료로 상기 세라믹스를 사용하고, 상기 보조재료로 적층성이 높은 ABS수지(Acrylonitrile Butadiene Styrene Copolymer) 등과 같은 고분자 합성수지를 사용할 경우, 도 7에 나타난 바와 같이 적층 초기(도 7의 (a))에서 적층 완료(도 7의 (b)) 시까지 상기 세라믹스(10)의 경화가 완전히 이루어지지 않더라도 상기 고분자 합성수지(20)가 상기 세라믹스(10)를 지지하여 주는 역할을 수행할 수 있게 되어 적층조형이 원활히 이루어지게 된다. 또한, 적층조형 후 상기 세라믹스(10)의 경화가 완료되면 상기 보조재료인 고분자 합성수지(20)를 분리하여 순수한 세라믹스 조형제품을 얻을 수 있게 된다. 상기 세라믹스(10)와 상기 고분자 합성수지(20)의 분리는 박리, 열처리를 통한 소결 등이 고려될 수 있으며, 상기 경화는 에이징, 광경화, 열처리 등의 방법을 통해 이루어질 수 있다.

두번째 실시예는, 상기 주재료로서 섬유형 강화재가 사용되고, 상기 보조재료로서 열가소성 고분자 소재가 사용되는 것이다. 종래 섬유형 강화재를 적층 소재로 사용하고자 할 경우 열가소성 고분자소재와의 혼합이 필요하고 혼합을 위해서는 섬유형 강화재를 잘게 잘라 단섬유형으로 만들어야 했으므로 방향성 있는 강화효과의 발현이 어려웠다.

그러나 본 발명에 의할 경우 상기 주재료와 상기 보조재료의 토출이 독립적으로 동시에 이루어질 수 있으므로 상기 섬유형 강화재로서 장섬유형을 사용할 수 있게 된다. 따라서 이를 통해 방향성 있는 강화효과의 구현이 가능하게 된다. 즉, 탄성을 가지는 보조재료는 하중을 전달 및 분산시키고, 주재료는 하중을 버티는 방식의 복합 재료의 구현이 가능하다.

세번째 실시예는, 상기 주재료로서 생체 임플란트 소재가 사용되고, 상기 보조재료로서 의약품이 사용되는 경우이다. 종래 생체 세라믹스를 적층 소재로 사용하여 생체에 이식되는 임플란트 등을 제조할 경우 세포조직의 내성장 등을 위해 다공성 구조를 형성시키고 의약품을 내부에 머무르게 할 필요가 있다. 본 발명에 의할 경우 이와 같은 의약품의 분포 및 흡수를 용이하게 달성할 수 있다.

상기 후처리단계(S5)는 상기 다중 재료 적층단계(S3)를 통해 적층조형된 조형물을 후처리 하는 단계이다. 상기 후처리단계(S5)는 적층조형이 완료된 조형물의표면 등을 닦아내는 작업 등을 포함한다. 도 8에는 후처리단계의 일 실시예의 진행 모식도가 나타나 있는데, 이는 도 7의 실시예를 통해 살펴본 바와 같이 상기 주재료로 상기 세라믹스를 사용하고, 상기 보조재료로 적층성이 높은 ABS수지(Acrylonitrile Butadiene Styrene Copolymer) 등과 같은 고분자 합성수지를 사용할 경우 이어지는 후처리단계(S5)의 모식도이다. 상기 세라믹스(10)의 경화가 완전히 이루어지지 않은 상태에서는 상기 고분자 합성수지(20)가 상기 세라믹스(10)를 지지하여 주는 역할을 수행하지만, 적층조형 후 상기 세라믹스(10)의 경화가 완료된 후에는 상기 고분자 합성수지(20)가 더 이상 필요 없게 된다. 따라서, 도 8의 (a)에서와 같이 상기 세라믹스(10)의 표면에 남아 있는 고분자 합성수지(20)를 제거할 필요가 있다. 이때, 상기 후처리단계(S5)를 통해 상기 고분자 합성수지(20)를 제거하게 되는데, 구체적인 제거방법으로는 박리, 열처리를 통한 소결 등이 사용될 수 있다. 상기 후처리단계(S3)가 진행되면 도 8의 (b)와 같이 상기 고분자 합성수지(20)가 제거되어 상기 세라믹스(10)로만 이루어진 조형물을 얻을 수 있게 된다.

이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 주재료토출부
3: 보조재료토출부
11, 31: 실린더 13, 33: 온도조절수단
15, 35: 노즐

Claims

노즐을 통해 3D 적층부위에 주재료를 토출하는 주재료토출부와, 노즐을 통해 상기 3D 적층부위에 보조재료를 토출하는 보조재료토출부를 포함하고, 상기 주재료토출부에 의한 주재료의 토출 및 상기 보조재료토출부에 의한 보조재료의 토출을 동시에 수행하되, 상기 보조재료토출부의 노즐은 토출되는 보조재료가 상기 주재료토출부의 노즐을 통해 토출되는 주재료와 만나도록 배향된 다중 재료 동시 토출모듈과;
상기 다중 재료 동시 토출모듈의 주재료토출부와 보조재료토출부를 제어하는 제어모듈; 을 포함하고,
상기 제어모듈의 제어에 따라 상기 3D 적층부위에서 주재료와 보조재료가 서로 접하며 동시에 각각 적층될 수 있는 다중 재료 동시 적층조형장치.
제1항에 있어서,
상기 주재료토출부는,
상기 주재료가 이동하는 실린더와;
상기 실린더의 내부의 온도를 조절하여주는 온도조절수단과;
상기 실린더를 통과한 주재료를 토출시키는 노즐; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 재료 동시 적층조형장치.
제1항에 있어서,
상기 보조재료토출부는,
상기 보조재료가 이동하는 실린더와;
상기 실린더의 내부의 온도를 조절하여주는 온도조절수단과;
상기 실린더를 통과한 보조재료를 토출시키는 노즐; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 재료 동시 적층조형장치.
제1항에 있어서,
상기 주재료토출부는,
상기 주재료가 이동하는 실린더와;
상기 실린더의 내부의 온도를 조절하여주는 온도조절수단과;
상기 실린더를 통과한 주재료를 토출시키는 노즐; 을 포함하고,
상기 보조재료토출부는,
상기 보조재료가 이동하는 실린더와;
상기 실린더의 내부의 온도를 조절하여주는 온도조절수단과;
상기 실린더를 통과한 보조재료를 토출시키는 노즐; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 재료 동시 적층조형장치.
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다중 재료 동시 토출모듈의 주재료토출부와 보조재료토출부가 각각 3D 적층부위에 주재료 및 보조재료를 동시에 토출하는 다중 재료 토출단계와;
상기 다중 재료 동시 토출모듈을 제어하는 제어모듈의 제어에 따라 상기 주재료 및 상기 보조재료를 상기 3D 적층부위에 적층시키는 다중 재료 적층단계; 를 포함하고,
상기 다중 재료 토출단계는 상기 보조재료토출부의 노즐의 토출방향이 토출되는 보조재료가 상기 주재료토출부의 노즐을 통해 토출되는 주재료와 만나도록 설정되어 이루어지고,
상기 다중 재료 적층단계는 상기 3D 적층부위에서 주재료와 보조재료가 서로 접하며 동시에 각각 적층되는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 재료 동시 적층조형방법.
제7항에 있어서,
상기 다중 재료 적층단계를 통해 적층조형된 조형물을 후처리 하는 후처리단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 재료 동시 적층조형방법.
제8항에 있어서,
상기 후처리단계는 적층조형된 조형물에서 상기 보조재료를 제거하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 다중 재료 동시 적층조형방법.
제7항에 있어서,
상기 다중 재료 토출단계는,
상기 주재료를 토출하는 주재료 토출단계와;
상기 보조재료를 토출하는 보조재료 토출단계; 를 포함하고,
상기 주재료 토출단계 및 상기 보조재료 토출단계는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 다중 재료 동시 적층조형방법.
제10항에 있어서,
상기 주재료 토출단계는,
상기 주재료를 이송시키는 주재료 이송단계와;
상기 주재료의 온도를 조절하는 주재료 온도조절단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 재료 동시 적층조형방법.
제10항에 있어서,
상기 보조재료 토출단계는,
상기 보조재료를 이송시키는 보조재료 이송단계와;
상기 보조재료의 온도를 조절하는 보조재료 온도조절단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 재료 동시 적층조형방법.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주재료는 세라믹스이고, 상기 보조재료는 고분자 합성수지인 것을 특징으로 하는 다중 재료 동시 적층조형방법.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주재료는 섬유형 강화재이고, 상기 보조재료는 열가소성 고분자 소재인 것을 특징으로 하는 다중 재료 동시 적층조형방법.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주재료는 생체 임플란트 소재이고, 상기 보조재료는 의약품인 것을 특징으로 하는 다중 재료 동시 적층조형방법.