KR101980341B1 - 3차원 진공 증착 프린터 시스템 및 상기 시스템에서 제조된 2d-3d복합소재 - Google Patents

3차원 진공 증착 프린터 시스템 및 상기 시스템에서 제조된 2d-3d복합소재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 프린터 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 3차원 프린터장치를 통해 3D프린팅이 가능한 동시에 진공증착이 가능한 구조의 3차원 진공 증착 프린터 시스템 및 상기 시스템에서 제조된 3D복합소재에 관한 것이다.

Description

3차원 진공 증착 프린터 시스템 및 상기 시스템에서 제조된 2D-3D복합소재{3D vacuum deposition printer system and 2D-3D composite material from the system}
본 발명은 3차원 프린터 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 3차원 프린터장치를 통해 3D프린팅이 가능한 동시에 진공증착이 가능한 구조의 3차원 진공 증착 프린터 시스템 및 상기 시스템에서 제조된 복합소재에 관한 것이다.
3D 프린터는 설계 데이터에 따라 액체와 파우더 형태의 폴리머(수지), 금속 등의 재료를 가공하여 적층 방식(Layer-by-layer)으로 쌓아올려 입체물을 제조하는 장치이다. 3차원 CAD에 따라 생산하고자 하는 형상을 신속 조형하는 기술인 RP(Rapid Prototyping)를 구현한 시스템으로도 이해할 수 있다. 이는 입체의 재료를 기계가공하고 레이저를 이용하여 절단하거나 깎는 방식으로 입체물을 생산하는 절삭가공(Subtractive Manufacturing)과 반대되는 개념으로서 공식적인 기술 용어는 2009년 미국재료시험학회(ASTM)에서 정의한 적층가공(Additive Manufacturing)이다.
3D 프린팅 기술은 적층 방식과 입체물 제조에 활용 가능한 재료에 따라 다양한 기술로 분류된다. 적층 방식은 압출, 잉크젯 방식의 분사, 광경화, 파우더 소결, 인발, 시트 접합 등으로 구분가능하며, 활용 가능 재료는 폴리머, 금속, 종이, 목재, 식재료 등 매우 다양하다. 현재는 폴리머를 활용하여 적층하는 기술이 가장 많이 개발되었으며, 금속 재료의 경우 티타늄, 알루미늄, 코발트, 스테인리스 강, 구리, 마그네슘 등의 소재에 기반한 합금, 산화물질 등 복합재료의 적용이 확산되고 있다. 적층 방식의 관점에서는 고체입자의 집합체를 융점 이하 또는 부분적인 용융이 일어날 정도로 가열한 다음 레이저나 전자빔을 활용해서 고형화하는 파우더 소결(Granular Sintering) 방식의 기술이 가장 많이 개발되었음을 알 수 있다.
3D 프린팅 기술 가운데 최근 주목받고 있는 기술은 FDM과 SLS, DMD 등이 있다. 먼저 FDM(Fused Deposition Modeling)은 가는 실(필라멘트) 형태의 열가소성물질을 노즐 안에서 녹여 얇은 필름형태로 출력하는 방식으로 적층하는 기술로 2009년 11월 특허 만료에 따라 저가이면서 오픈 소스 형태의 장비가 빠른 속도로 보급되고 있다. SLS(Selective Laser Sintering)는 베드에 도포된 파우더(분말)에 선택적으로 레이저를 조사ㆍ소결하고, 파우더를 도포하는 공정을 반복 하여 적층하는 기술로 재료 강도가 강하면서도 응용 분야가 광범위한 장점이 있다. 2014년 2월 말에 특허 권리가 만료되었다. DMD(Direct Metal Deposition)는 지지대 역할 금속 표면에 고출력 레이저 빔을 조사하여 일시적으로 용융풀을 생성하고, 여기에 금속 분말을 공급하여 클래딩 층을 형성해서 적층하는 방식으로 LMD(Laser Metal Deposition) 로도 알려져 있다.
3D 프린터는 시제품의 제작 비용 및 시간 절감, 다품종 소량 생산(Mass Customization), 제조 공정 간소화, 인건비/조립비용 절감 등 많은 장점을 보유하고 있다. 3D 프린터를 활용하여 사내에서 시제품을 제작한다면, 손쉽게 디자인을 수정할 수 있을 뿐 아니라 별도의 금형이 필요 없기 때문에 투자 비용을 크게 감소시킬 수 있으며, 시작품 사내 제작을 통한 기밀 유출 가능성도 차단할 수 있을 것이다. 더불어 소량 생산 하더라도 3D 디자인 파일만 있으면 매번 디자인이 다른 제품을 생산하더라도 추가비용이 거의 발생하지 않는 장점 때문에 개인 맞춤형 제작이 필수적인 분야에서 많이 활용되고 있다.
그러나 3D 프린터는 아직까지 조형 속도, 표면 해상도, 조형물의 강도, 가공 재료 다양성의 관점에서 많은 한계에 봉착해 있다. 조형 속도의 경우 가장 대중화된 FDM 방식에서 약 60cm3 플라스틱 조형물 생산에 50~1시간 가량 소요되는 것으로 알려져 있는데, 이는 현재 사출 성형 공정에서 1분 내에 똑같은 부피의 제품을 여러 개 제작할 수 있기 때문에 아직까지는 양산성 확보가 매우 어려운 수준이다. 표면 해상도 또한 수십 나노미터대의 정밀도 구현과 양산성을 동시에 확보한 반도체 나노공정과는 크게 뒤떨어진다고 할 수 있을 것이다. 단층 방향의 충격에 취약한 적층 방식의 한계, 가공 재료의 한계 등도 극복해야 할 과제로 인식되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 현재 3D프린팅 기술이 가진 가공 재료의 한계 중 특히 용융점의 차이가 큰 재료를 교대로 적층할 수 없는 문제점을 해결하여 예를 들면 고분자층 및 금속층이 교대로 적층된 구조의 복합소재를 제조할 수 있는 새로운 구조의 3차원 진공 증착 프린터 시스템 및 상기 시스템에서 제조된 3D복합소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 진공증착 기술의 한계가 빠른 속도로 3차원의 조형물을 쌓기 어렵고 시간이 너무 많이 걸린다는 점인데 이렇게 3차원 프린팅과 진공증착을 동시에 함으로써 또는 교대로 반복함으로써 2차원 구조에 3차원 구조를 신속하게 형성할 수 있고, 평면 형태의 증착 기판에서 다양한 형태의 3차원 구조를 갖는 기판 구조로 손쉽게 영역을 확장하여 증착하여 다양한 응용과 부품의 개발이 가능한 새로운 구조의 3차원 진공 증착 프린터 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 진공상태의 내부공간이 형성된 본체; 상기 본체의 상부 일정영역에 x축방향이동 및 y축방향이동 중 하나 이상이 가능한 구조로 형성되는 3D프린팅모듈; 상기 3D프린팅모듈과 일정간격을 두고 상기 본체의 상부 다른 영역에 형성되는 진공증착모듈; 및 상기 본체의 하부에 이동 가능한 구조로 설치되어 상기 3D프린팅모듈 및 상기 진공증착모듈과 상기 본체 하부사이의 z축방향이동 및 상기 3D프린팅모듈과 상기 진공증착모듈 사이의 x축방향이동이 가능한 스테이지모듈;을 포함하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 진공상태의 내부공간이 형성된 본체; 상기 본체의 상부 일정영역에 x축방향이동, y축방향이동 및 z축방향이동 중 하나 이상이 가능한 구조로 형성되는 3D프린팅모듈; 상기 3D프린팅모듈과 일정간격을 두고 상기 본체의 상부 다른 영역에 z축방향이동이 가능한 구조로 형성되는 진공증착모듈; 및 상기 본체의 하부에 x축방향이동이 가능한 구조로 설치되어 상기 3D프린팅모듈과 상기 진공증착모듈 사이를 왕복 운동하는 스테이지모듈;을 포함하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 진공상태의 내부공간이 형성된 본체; 상기 본체의 하부에 설치되어 상기 본체의 상부까지 z축방향이동이 가능한 구조로 형성된 스테이지모듈; 상기 스테이지모듈에 대향하는 상기 본체의 상부영역에 형성되는 진공증착모듈; 및 상기 진공증착모듈이 작동시 오버랩되지 않는 상기 본체의 상부영역에 설치되고, 작동시 상기 스테이지모듈에 대향하는 위치로 노즐부재가 이동 가능한 구조로 형성되는 3D프린팅모듈;을 포함하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 진공상태의 내부공간이 형성된 본체; 상기 본체의 하부에 설치된 스테이지모듈; 상기 스테이지모듈에 대향하는 위치로 이동 가능한 구조로 상기 본체의 일정영역에 설치된 3D프린팅모듈; 및 상기 3D프린팅모듈의 이동을 방해하지 않고 상기 스테이지모듈에 대향하는 위치로 이동 가능한 구조로 상기 본체의 다른 영역에 설치되는 진공증착모듈;을 포함하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 진공상태의 내부공간이 형성된 본체; 상기 본체의 하부에 설치되어 y축방향이동이 가능한 구조로 형성된 스테이지모듈; 상기 스테이지모듈에 대향하는 상기 본체의 상부영역에 z축방향이동이 가능한 구조로 형성되는 진공증착모듈; 및 상기 진공증착모듈이 작동시 오버랩되지 않는 상기 본체의 상부영역에 설치되어 x축방향이동 및 z축방향이동이 가능한 구조로 형성되어, 작동시 상기 스테이지모듈에 대향하는 위치로 이동하여 3D 프린팅이 가능한 구조로 형성되는 3D프린팅모듈;을 포함하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 진공상태의 내부공간이 형성된 본체; 상기 본체의 상부 일정영역에 x축방향이동, y축방향이동 및 z축방향이동 중 하나 이상이 가능한 구조로 형성되는 3D프린팅모듈; 상기 3D프린팅모듈과 일정간격을 두고 상기 본체의 상부 다른 영역에 z축방향이동이 가능한 구조로 형성되는 진공증착모듈; 상기 본체의 하부에 x축방향이동이 가능한 구조로 설치되어 상기 3D프린팅모듈과 상기 진공증착모듈 사이를 왕복 운동하는 스테이지모듈; 및 상기 본체의 중심측에서 상기 본체의 상부로부터 하부까지 형성되어 상기 내부공간을 2개의 공간으로 구분할 수 있고 Z축방향이동이 가능한 구조로 설치되어 상기 3D프린팅모듈에 의해 3D프린팅 되는 공간과 상기 진공증착모듈에 의해 진공증착되는 영역을 구분하는 격벽모듈;을 포함하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 진공증착모듈은 아크증착모듈, 스퍼터링모듈, CVD모듈, Evaporation 모듈로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 3D프린팅모듈이 동작할 때 상기 본체의 내부공간은 760 내지 1 Torr이상의 저진공 상태를 유지한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 진공증착모듈이 동작할 때 상기 본체의 내부공간은 1 Torr 미만의 중진공상태 또는 1mTorr 미만의 고진공상태를 유지한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 진공증착모듈이 동작할 때 상기 스테이지모듈에 포함된 베드부재에 RF파워가 인가되도록 제어된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 3D프린팅모듈의 노즐부는 냉각수 또는 냉매로 냉각된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 진공증착모듈이 스퍼터링모듈인 경우 스퍼터링 건이 1개 이상 구비된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 스테이지모듈에 위치한 3D프린팅출력물과 일정거리를 유지할 수 있도록 거리측정센서가 상기 진공증착모듈, 상기 3D프린팅모듈, 상기 스테이지모듈 중 어느 하나 이상에 1개 이상은 포함된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 3D프린팅모듈의 노즐부재는 2개 이상이다.
또한, 본 발명은 상술된 어느 하나의 3차원 진공 증착 프린터 시스템으로 제조된 것을 특징으로 하는 3D복합소재를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 3D복합소재는 입체를 형성하는 매트릭스물질 내부에 상기 매트릭스물질과 용융점의 차이가 큰 소재로 형성된 다수의 증착층을 포함하는 구조이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 증착층은 2㎛이하의 두께를 갖는다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 매트릭스물질은 고분자, 금속, 세라믹, 생체물질 중 어느 하나이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 3D복합소재는 금속증착층 상에 형성된 다양한 고분자소재 패턴층을 포함하는 구조이다.
본 발명의 3차원 진공 증착 프린터 시스템에 의하면 현재 3D프린팅 기술이 가진 가공 재료의 한계 중 특히 용융점의 차이가 큰 재료를 교대로 적층할 수 없는 문제점을 해결하여 예를 들면 고분자층 및 금속층이 교대로 적층된 구조의 복합소재를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 3D복합소재는 매트릭스 내부에 금속, 세라믹 또는 생체물질 등으로 이루어져 매트릭스와 전혀 다른 특성을 갖는 증착층이 다수개 형성된 것으로서 증착층의 재질 및 층수를 조절할 수 있으므로 내구성의 향상은 물론 다양한 용도를 구현하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 기존의 스퍼터링 단독 또는 3D 프린팅 단독으로는 얻을 수 없는 새로운 기능, 재료, 물성치를 갖는 새로운 3D복합소재를 개발할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템의 모식도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템의 모식도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템의 모식도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템의 모식도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템의 모식도이다.
도 6은 도 1a 및 도 1b에 도시된 3차원 진공 증착 프린터시스템의 가상구현예이다.
도 7a 및 도 7b는 도 3a 및 도 3b에 도시된 3차원 진공 증착 프린터시스템에서 프린팅동작에 대한 일 구현예의 모식도이다.
도 8은 본 발명의 3D복합소재의 일 구현예의 단면을 모식적으로 도시한 것이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 갖는 통상의 의미와 본 발명의 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 토대로 해석되어야 한다. 특히, 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등이 사용되는 경우 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되는 것으로 해석될 수 있다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템의 모식도이다. 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템의 모식도이다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템의 모식도이다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템의 모식도이다. 도 5는 도 1a 및 도 1b에 도시된 3차원 진공 증착 프린터시스템의 가상구현예이고, 도 6a 및 도 6b는 도 2a 및 도 2b에 도시된 3차원 진공 증착 프린터시스템에서 프린팅동작에 대한 일 구현예의 모식도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템(100)은 본체(110), 3D프린팅모듈(120), 진공증착모듈(130) 및 스테이지모듈(140)을 포함한다.
먼저, 본체(110)는 3D프린팅모듈(120)과 진공증착모듈(130)에 의해 입체상의 3D복합소재가 형성되는 공간을 제공하는 구성요소이다. 따라서, 진공상태의 내부공간이 형성되기만 하면 공지된 모든 형태의 용기가 사용될 수 있는데, 일 구현예로서 도시된 바와 같이 3D프린팅모듈(120), 진공증착모듈(130) 및 스테이지모듈(140)이 설치될 수 있는 충분한 크기의 직육면체형 공간을 갖는 진공챔버가 사용될 수 있을 것이다.
경우에 따라서는 본체(110)를 진공챔버로 구현하더라도 진공챔버의 내면에 직접적으로 3D프린팅모듈(120), 진공증착모듈(130) 및 스테이지모듈(140)을 설치하지 않고, 3D프린팅모듈(120), 진공증착모듈(130) 및 스테이지모듈(140)이 설치된 일정 구조의 프레임 또는 하우징이 배치되는 진공의 공간을 제공하는 형태로 구성될 수도 있다.
다음으로, 3D프린팅모듈(120)은 본체(110)의 상부 일정영역에 형성되어 3D출력물을 프린팅하여 제조하는 구성요소로서, 본체의 상부 일정영역에 x축방향이동 및 y축방향이동 중 하나 이상이 가능한 구조로 형성될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 3D프린팅모듈(120)은 공지된 3D프린터 장치에서 프린터베드를 제외한 나머지 구성요소를 포함할 수 있는데, 일 구현예로서 노즐부, 노즐이동부, 프린팅재료공급부 및 지지부를 포함할 수 있을 것이다. 여기서 3D프린팅 재료 자체는 본체(110)의 내부에 형성될 수도 있지만, 도시된 바와 같이 본체(110)의 외부에 형성될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 3D프린팅모듈(120)이 FDM방식일 경우 노즐부가 냉각수 또는 냉매로 냉각될 수 있는 구조가 채택될 수 있고, 노즐부에 형성된 노즐부재가 2개 이상으로 형성될 수도 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이 본 발명의 3D프린팅모듈(120)은 본체(110)의 상부에 고정되어 형성되고 노즐부재(121)가 x축방향 및 z축방향으로는 이동하지 않고 도 1b에 도시된 바와 같이 노즐이동부인 y축방향가이드부재(124)에 의해 y축방향으로는 이동이 가능한 구성을 갖는다. 필요한 경우 노즐부재(121)만이 아니라 3D프린팅모듈 전체가 y축방향으로 이동되는 구조로 구현될 수도 있을 것이다. 한편, 스테이지모듈(140)이 y축방향으로도 이동이 가능하도록 구성되면 3D프린팅모듈의 노즐부재(121)가 이동되지 않고 고정된 구조로 설치되어도 무방하다.
다음으로, 진공증착모듈(130)은 3D프린팅모듈(120)과 일정간격을 두고 본체(110)의 상부 다른 영역에 형성되어 3D프린팅모듈(120)이 한층, 한층 프린팅층을 적층시켜 3D출력물을 프린팅하는 과정에서 프린팅된 한층에 다른 한층을 다시 프린팅하기 전에 3D프린팅되는 소재와 다른 재료로 증착층을 형성하기 위한 구성요소로서, 3D출력물을 프린팅하는 과정에서 1회 이상 증착층을 형성하게 된다.
본 발명에서 진공증착모듈(130)은 본 발명의 3차원 진공 증착 프린터시스템(100)의 구조를 설명하기 위한 편의상 공지된 진공증착장치에서 진공챔버내에 배치되는 구성요소만을 포함하는 장치로 해석하여 설명하기로 한다. 하지만 공지된 진공증착장치에서 진공챔버 외부에 형성되어 진공증착을 가능하게 하는 다른 구성요소들은 본 발명에서도 본체(110)의 외부에 형성된다. 이들의 상세한 구성은 도면에서 생략되었다. 따라서, 진공증착모듈(130) 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 고정되어 x축, y축 및 Z축방향 어느 쪽으로도 이동이 가능하지 않는 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 3차원 진공 증착 프린터시스템(100)에 사용될 수 있는 진공증착모듈(130)은 공지된 모든 진공증착장치가 적용될 수 있는데, 일 구현예로서 아크증착모듈, 스퍼터링모듈, CVD모듈, Evaporation 모듈로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 특히, 진공증착모듈이 스퍼터링모듈인 경우 스퍼터링 건이 1개 이상 구비되면 각 타겟 금속 종류별로 다양한 크기, 타겟 종류에 따른 스퍼터링건이 구성될 수 있어 서로 다른 재질로 된 증착층을 형성할 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 스테이지모듈(140)은 공지된 3D프린터장치에서 프린터베드에 대응되는 구성요소로서, 3D프린팅모듈에서 프린팅되는 층이 적층되어 3D출력물을 형성하는 동안 프린팅되는 층을 안정되게 지지하는 기능을 수행한다. 따라서, 스테이지모듈(140)은 상하방향이동 즉 z축방향이동이 가능하고, 좌우방향이동 즉 x축방향이동이 가능한 구조로 본체(110)의 하부에 설치되어 3D프린팅모듈(120) 및 진공증착모듈(130)과 본체(110)의 하부사이 및 상기 3D프린팅모듈과 상기 진공증착모듈 사이를 운동하게 된다. 따라서 스테이지모듈(140)은 베드부재(141), 베드부재의 상하방향이동을 가이드 하는 z축방향가이드부재(142) 및 베드부재의 좌우방향이동을 가이드 하는 x축방향가이드부재(143)를 포함할 수 있다. 필요한 경우 베드부재의 전후방향이동을 가이드 하는 y축방향가이드부재를 더 포함하도록 구성될 수도 있는데, 이때는 3D프린팅모듈이 도 1b와는 달리 x축, y축 및 Z축 방향 모두 이동이 필요 없는 고정구조로 형성될 수도 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 스테이지모듈(140)은 도 1a에 도시된 바와 같이 z축방향으로 고정된 3D프린팅모듈(120) 및 진공증착모듈(130)과 본체(110)의 하부사이를 z축방향가이드부재(142)의 가이드에 따라 운동하게 되는데, 스테이지모듈(140)의 z축방향이동거리는 3D프린팅모듈(120)에 의해 프린팅되는 프린팅층의 적층두께 및 진공증착모듈(130)에 의해 증착되는 진공증착층의 두께에 따라 좌우될 수 있다.
또한, 스테이지모듈(140)은 x축방향으로 고정된 3D프린팅모듈(120) 및 진공증착모듈(130)사이를 x축방향가이드부재(143)의 가이드에 따라 운동하게 된다. 이 때, 스테이지모듈(140)의 x축방향이동거리는 3D프린팅모듈(120) 및 진공증착모듈(130)의 사이의 설치거리에 좌우되는데, 스테이지모듈(140)의 베드부재(141)가 3D프린팅모듈(120)의 노즐부재(121) 및 진공증착모듈(130)의 하부에 대향되게 위치해야하기 때문이다.
필요한 경우, 거리측정센서가 3D프린팅모듈(120), 진공증착모듈(130), 스테이지모듈(140) 중 어느 하나 이상에 1개 이상 포함될 수 있는데, 거리측정센서에 의해 스테이지모듈(140)에 위치한 3D프린팅출력물과 3D프린팅모듈(120) 및/또는 진공증착모듈(130)사이에서 3D프린팅출력물의 프린트층 및/또는 증착층을 형성하기에 적합한 일정거리를 유지할 수 있다. 이 때 거리측정센서는 진공중에서 작동할 수 있기만 하면 공지된 거리측정센서를 모두 사용할 수 있다. 물론 3차원프린팅출력물의 종류 또는 본 발명의 3차원 진공 증착 프린터시스템(100)에서 프린팅되는 3차원프린팅출력물의 기본데이터에 따라 3D프린팅모듈(120)이 1회 동작하여 프린팅되는 프린트층의 두께 및/또는 증착층의 두께 및 형성하고자 하는 위치 등을 고려하여 스테이지모듈(140)의 Z축방향이동을 정밀하게 제어하는 경우 거리측정센서를 적용하지 않을 수도 있다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템에 대해 살펴보면, 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템(100)은 3D프린팅모듈(120)은 x축방향이동, y축방향이동 및 z축방향이동 중 하나 이상이 가능하고, 진공증착모듈(130)은 z축방향이동이 가능한 구조를 갖는 점 및 상기 구조로 인해 스테이지모듈(140)이 x축 이동만 가능한 구조를 갖는 점에서만 상술된 제1실시예와 상이할 뿐 나머지 구성은 동일하므로, 차이가 있는 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
3D프린팅모듈(120)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 x축방향이동 및/또는 y축방향이동만 가능한 것이 아니라 z축방향이동이 가능하도록 노즐이동부로서 x축방향가이드부재(123) 및 y축방향가이드부재(124)만이 아니라 z축방향가이드부재(122)가 본체(110)의 상부 및 하부 사이에 설치되어 3D프린팅모듈(120) 또는 노즐부재(121)를 상하로 이동시킬 수 있다.
진공증착모듈(130) 또한 상하방향이동 즉 z축방향이동이 가능하도록 본체(110)의 상부에서 하부까지 설치되는 z축방향가이드부재(132)를 더 포함하는 구조를 갖는다.
스테이지모듈(140)은 z축방향 또는 y축방향으로 이동할 필요가 없으므로 베드부재(141)와 베드부재(141)의 좌우방향이동을 가이드 하는 x축방향가이드부재(143)만을 포함할 수 있다.
이 때 3D프린팅모듈(120)과 진공증착모듈(130)의 z축방향가이드부재(122, 132)는 도 2c에 도시된 바와 같이 스테이지모듈(140)의 x축방향 이동을 방해하지 않는 구조로 형성될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만 제2실시예의 변형실시예로서, 스테이지모듈(140)이 본체의 하부 중앙에 y축방향이동만 가능한 구조로 설치되고, 대신 진공증착모듈(130)이 스테이지모듈(140)에 대향하는 본체(110)의 상부영역에 설치되며, 3D프린팅모듈(120)은 진공증착모듈이 작동시 오버랩되지 않는 상기 본체의 상부영역에 설치되는 구조의 3차원 진공 증착 프린터 시스템도 구현이 가능하다. 이러한 시스템에서는 스테이지모듈(140)이 x축방향 및 z축방향으로 이동하지 않으므로, 적어도 진공증착모듈(130)은 z축방향이동이 가능한 구조로 형성되어야 스테이지모듈(140)의 베드부재(141)상에 위치한 피증착물(기판 또는 프린트된 출력물)에 증착층 형성이 가능하므로 도 2a에 도시된 바와 같이 진공증착모듈(130)이 구현될 수 있다. 3D프린팅모듈(120) 또한 x축방향이동 및 z축방향이동이 가능한 구조로 형성되어야 작동시 스테이지모듈(140)에 대향하는 위치로 이동하여 3D 프린팅이 가능하다. 이와 같이 형성되면 3D프린팅영역과 진공증착영역이 오버랩되므로 3차원 진공 증착 프린터 시스템의 크기를 축소시켜 구현이 가능한 장점이 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템에 대해 살펴보면, 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템(100)은 본체(110), 3D프린팅모듈(120), 진공증착모듈(130) 및 스테이지모듈(140)을 포함하는 점 및 상기 구성요소들의 기본적인 구조는 상술된 제1 및 제2실시예와 동일하나 각 구성요소의 설치위치 및 이동구조가 상이하므로, 차이가 있는 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
스테이지모듈(140)은 본체(110)의 하부에 상하방향이동이 가능한 구조로만 형성되므로, x축방향 또는 y축방향으로 이동할 필요가 없어 베드부재(141)와 베드부재의 상하방향이동을 가이드 하는 z축방향가이드부재(142)만을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 스테이지모듈(140)의 상하이동만 가능한 구조로 인해, 스테이지모듈(140)의 베드부재(141)에 프린팅물을 출력하는 3D프린팅모듈(120) 및 진공증착모듈(130)은 상하이동이 필요 없는 구조를 갖지만 3D프린팅모듈(120) 및 진공증착모듈(130)은 어느 하나가 스테이지모듈(140)에 대향하는 본체(110)의 상부영역에 형성되면, 다른 하나는 어느 하나가 작동시 오버랩되지 않는 본체(110)의 상부영역에 설치되고, 작동시 스테이지모듈(140)에 대향하는 위치로 이동 가능한 구조로 형성될 수 있다.
이러한 구조를 갖는 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템의 일 구현예로서, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 스테이지모듈(140)은 z축방향으로만 이동이 가능한 구조를 갖고, 스테이지모듈(140)의 베드부재(141)에 대향되는 본체(110)의 상부영역에는 진공증착모듈(130)이 x축, y축 및 Z축 방향 어느 쪽으로도 이동이 가능하지 않는 고정구조로 형성되었으며, 3D프린팅모듈(120)은 고정 형성된 진공증착모듈(130)과 오버랩되지 않은 영역에 설치된 상태에서 스테이지모듈(140)의 베드(141)까지 이동해야하므로 x축 및 y축방향이동이 가능하도록 x축방향가이드부재(123)는 물론 y축방향가이드부재(124)를 포함하여 형성되었다.
도 4a 및 도 4b를 참조하여, 본 발명의 제4실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템에 대해 살펴보면, 본 발명의 제4실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템(100)은 본체(110), 3D프린팅모듈(120), 진공증착모듈(130) 및 스테이지모듈(140)을 포함하는 점 및 상기 구성요소들의 기본적인 구조는 상술된 제1 내지 제3실시예와 동일하나 각 구성요소의 설치위치 및 이동구조가 상이하므로, 차이가 있는 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템에서는 스테이지모듈(140)이 본체(110) 중앙 하부에 고정되어 있는 구조를 갖는다.
3D프린팅모듈(120)은 스테이지모듈(140)에 대향하는 위치로 이동 가능한 구조로 본체(110)의 일정영역에 형성된다. 일 구현예로서 고정된 스테이지모듈(140)의 베드부재(141)상에 3D출력물을 프린팅하기 위해 베드부재(141)의 바로 위에서부터 본체(110)상부까지 z축방향이동이 가능할 뿐만 아니라 프린팅 정보데이터에 따른 형상을 출력하기 위해 x축 및 y축방향의 이동이 가능한 구조로 형성될 수 있다.
진공증착모듈(130) 또한 3D프린팅모듈(120)의 이동을 방해하지 않고 스테이지모듈(140)에 대향하는 위치로 이동 가능한 구조로 본체(110)의 다른 영역에 형성된다. 진공증착모듈(130)의 일구현예로서, 3D프린팅모듈(120)과 동일하게 x축, y축 및 z축방향이동이 모두 가능한 구조로 형성될 수도 있지만, 프린트층에 더 두꺼운 두께도 가능하지만 보통 2㎛이하 두께의 증착층만 형성하면 되므로 구조를 단순화하기 위해 베드부재(141)에 대향하는 본체(110)의 상부영역에 위치시켜 형성하면 z축방향 이동(베드부재와 본체상부사이의 상하방향이동)만 가능한 구조로 형성될 수도 있다.
한편, 도시하지는 않았지만 3D프린팅모듈(120)과 진공증착모듈(130)이 x축, y축 및 z축의 이동축에 제한됨 없이 로봇팔 등을 이용하여 스테이지모듈(140)에 대향하는 위치까지 자유롭게 이동가능 하도록 구현될 수도 있음은 물론이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하여, 본 발명의 제5실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템에 대해 살펴보면, 본 발명의 제5실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템(100)은 본체(110), 3D프린팅모듈(120), 진공증착모듈(130) 및 스테이지모듈(140)을 포함하는 점 및 상기 구성요소들의 기본적인 구조는 상술된 제1 내지 제4실시예와 동일하나 각 구성요소의 설치위치 및 이동구조는 물론 격벽모듈(150)을 더 포함하는 점에서 상이하므로, 차이가 있는 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
특히, 제5실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템(100)은 본체(110)의 중심부에 격벽모듈(150)이 더 설치되고, 이로 인해 스테이지모듈의 x축방향가이드부재(143)의 형태가 변형된 것을 제외하면 제2실시예와 그 기술적 구성이 동일하므로, 격벽모듈(150)과 x축방향가이드부재에 대해서만 살펴본다.
격벽모듈(150)은 본체(110)의 내부공간을 2개의 공간으로 구분하여 3D프린팅모듈(120)에 의해 3D프린팅 되는 공간과 진공증착모듈(130)에 의해 진공증착되는 영역을 구분하는 기능을 수행하는 구성요소로서, 본체(110)의 중심측에서 본체(110)의 상부로부터 하부까지 형성되어 Z축방향이동이 가능한 구조로 설치된다. 도 5a에 도시된 바와 같이 격벽모듈(150)은 하나의 공간을 상하방향으로 구분할 수 있고 구분된 공간 사이에 공기가 통하지 않도록 진공을 유지할 수 있는 구조로서, 일정 높이까지 z축방향이동이 가능하기만 하면 공지된 모든 구성을 사용할 수 있다.
이와 같이 격벽모듈(150)이 설치되면 3D프린팅영역과 진공증착영역이 명확히 구별되게 되어 프린트된 층과 증착층의 순도가 향상되며, 3D프린팅영역의 진공상태와 진공증착영역의 진공상태를 각 장치에 가장 적합하게 조절할 수 있어 작업효율 및 출력물의 품질을 향상시킬 수 있다. 즉 3D프린팅영역은 대기상태 또는 저진공상태를 유지하고, 진공증착영역은 중진공상태나 고진공상태로 쉽게 조절할 수 있기 때문이다.
한편, 본체(110)의 내부공간에 격벽모듈(150)이 형성되면 공간을 안정적으로 구분하기 위해 본체(110)의 하부에 설치되는 스테이지모듈(140)의 x축방향가이드부재(143)를 변형시킬 수 있는데, 일 구현예로서 도 5a에 도시된 바와 같이 격벽모듈(150)이 형성되는 본체(110)의 하부에는 형성되지 않도록 구성될 수 있다. 이와 같이 x축방향가이드부재(143)의 일부가 형성되지 않아도 이동하는 속도에 의해 스테이지모듈(140)이 3D프린팅영역에서 진공증착영역으로 이동하는 것은 전혀 문제가 없기 때문이다.
격벽모듈(150)의 일 구현예로서 게이트밸브가 사용될 수 있다. 또는 다양한 도어 형태로 격벽을 만들어 진공을 차단하거나 오픈하여 열어둘 수도 있다. 격벽모듈(150)이 게이트밸드인 경우 동작의 일구현예에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같아. 먼저, 격벽모듈(150)이 닫힌 상태에서는 3D프린팅영역은 대기상태로 유지되고 진공증착영역은 계속 진공이 유지될 수 있다. 3D프린팅이 완료되면 3D프린팅영역을 진공으로 변화시켜 진공상태를 비슷하게 한 후에 격벽모듈(150)을 열고 스테이지모듈(140)이 3D프린팅영역에서 진공증착영역으로 이동시킨다. 스테이지모듈(140)의 x축방향가이드부재(143)는 상술된 바와 같이 격벽모듈(150)이 존재하는 두께 정도로 연결이 끊어져 있으나 직선으로 운동하는 가이드부재의 특성상 끊어져 있어도 이동이 가능하다. 스테이지모듈(140)이 진공증착영역으로 이동하면 진공증착모듈(130)에 의해 진공증착이 시작되고 이때 격벽모듈(150)은 닫아 두거나 열어둘 수 있다. 통상 진공증착으로 인한 코팅 물질이 3D프린팅 영역으로 흘러들어가 오염되는 것을 막는 것이 필요하면 닫아 두는 것이 좋으나 크게 오염이 안 되는 상황이면 열어두고 진공증착도 가능하다. 이렇게 진공증착이 완료되면, 다시 스테이지모듈(140)이 3D프린팅 영역으로 이동하여 계속 3D 프린팅하여 진행할 수 있다. 이때 다시 격벽모듈(150)을 3D프린팅 전에 닫고 진공을 저진공으로 유지하거나 또는 대기상태로 리크시켜 작업하는 것이 가능하다.
도시하지는 않았지만 상술된 본 발명의 제1실시예 내지 제4실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템(100)에서 3D프린팅모듈(120), 진공증착모듈(130), 스테이지모듈(140) 중 하나 이상이 x축, y축 및 z축방향 중 어느 하나 이상의 방향으로 이동하거나 축과 무관하게 자유롭게 스테이지모듈(140)까지 이동하며 동작하게 되는데, 이들 구성요소의 동작 및 이동은 본체(110)의 진공모터에 의해 그 동력이 제공될 수 있다. 대기중에서 작동하는 일반모터는 내부 팬이 있거나 자연냉각이 이뤄지도록 하는데 공기가 존재하지 않는 진공에서는 이를 제대로 수행하기 어려울 수 있기 때문이다
또한, 3D프린팅모듈(120) 및 스테이지모듈(140)은 대기중에서는 제대로 작동하던 것들이 본체(110)의 내부가 진공이므로 기계적 제한, 냉각의 제한 등으로 인해서 오작동을 일으킬 수도 있으므로, 이점을 고려하여 3D프린팅모듈(120) 및/또는 스테이지모듈(140)이 동작할 때는 질소나 기타 다른 가스를 사용하여 냉각하는 방식으로 비교적 낮은 진공도를 갖도록 함으로써 본체(110)의 내부공간은 760 내지 1 Torr이상의 저진공 상태를 유지하고, 진공증착모듈(130)이 동작할 때는 본체(110)의 내부공간이 1 Torr 미만의 중진공상태 또는 1mTorr 미만의 고진공상태를 유지할 수 있도록 구성되고 제어될 수 있다. 특히, 대기중에서 사용시 베어링이나 가이드, 기타 윤활이 필요한 부분에 구리스를 발라 윤활을 시키는데, 본 발명에서는 본체(110) 내부가 진공상태인 것을 고려하여 일반 구리스가 아닌 진공구리스를 사용하여 발생할 수 있는 문제를 감소시켰다.
또한, 진공증착모듈(130)이 동작할 때 스테이지모듈(140)에 포함된 베드부재(141)에 RF파워가 인가되도록 제어되면 보다 특성이 우수한 증착층을 얻을 수 있다. 진공증착모듈(130)에 의해 형성되는 증착층의 두께는 제한되지 않지만 작업속도 및 경제성을 고려하면 2㎛이하일 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 3차원 진공 증착 프린터 시스템 중 제1실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터 시스템(100)의 가상구현예가 도시된 도 6을 참조하면, 본체(110)내부에서 3D프린팅모듈(120)과 진공증착모듈(130)에 의해 순차적으로 프린팅층 및 증착층이 적층되면서 3차원 입체를 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 제3실시예에 따른 3차원 진공 증착 프린터시스템(100)에서 프린팅동작에 대한 일 구현예의 모식도가 도시된 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본체(110)의 내부에 형성된 스테이지모듈(140)의 베드부재(141)는 도 7a에 도시된 바와 같이 3D프린팅모듈(120)의 노즐부재(121)활동범위와 노즐부재(121)와 진공증착모듈(130)인 스퍼터링건의 무간섭영역으로 구분될 수 있다. 도 7b에 도시된 바와 같이 3D프린팅모듈이 스퍼터링건에 의한 증착층 형성 중에는 베드부재(141)의 끝단에 출력물(더미)을 출력하도록 하여 시간을 계수함으로써 증착층 형성에 필요한 시간을 확보하는 방법이 될 수 있는데, 더미 출력물은 숫자, 기호, 글자, 그림 등이 될 수 있다. 이 때, Pause 기능을 사용하여 3D프린팅모듈(120)을 정지시킨 후 스퍼터링건에 의한 증착층을 형성하도록 제어될 수도 있지만 FDM방식의 3D프린팅모듈인 경우 중간에 정지되는 것보다는 계속해서 프린팅동작이 이루어지는 것이 보다 효율적이기 때문에 더미출력물 방식을 활용하게 되면 시간을 절약할 수 있다.
본 발명의 3차원 진공 증착 프린터 시스템을 이용하게 되면 그동안 제조하지 못했던 다양한 3D복합소재를 확보할 수 있다.
먼저, 본 발명의 3D복합소재는 입체를 형성하는 매트릭스물질 내부에 매트릭스물질과 용융점의 차이가 큰 소재로 형성된 다수의 증착층을 포함하는 구조를 형성함으로써, 내구성, 강도, 심미적 특성, 생체적합성 등 다양한 특성을 발현시킬 수 있다. 여기서, 매트릭스물질은 고분자, 금속, 세라믹, 생체물질 중 어느 하나일 수 있으며, 증착층의 소재 또한 금속, 세라믹, 절연체, HA와 같은 생체물질 중 어느 하나일 수 있다. 진공증착모듈 중 스퍼터링 건은 타겟재료로 세라믹이나 절연체도 가능하며, 바이오소재를 개발하고자 하는 경우에는 HA와 같은 생체물질도 코팅이 가능하기 때문이다.
일 구현예로서, 3D프린팅모듈로 PEEK와 같은 디스크대체용 정형외과용 케이지(Cage) 소재를 프린팅하면서 진공증착모듈로 HA 코팅을 하여 새로운 소재를 개발하는 것이 가능하다. 즉. 기존케이지는 외부만 생체친화물질이 코팅되어 내부까지 생체 친화물질이 들어가지 않으므로, 밀착력의 문제나 생체 친화성, 장기 사용시의 문제점 등이 생길 수 있지만, 본 발명의 3D복합소재를 이용하게 되면 내부에서 각층 계면마다 생체 친화성 물질층이 형성되게 되므로 이러한 문제점을 해결할 수 있을 것으로 보인다.
또한 본 발명의 3D복합소재는 금속증착층 상에 형성된 다양한 고분자소재 패턴층을 포함하는 구조를 형성한다. 즉 진공증착모듈로 증착후 3D프린팅모듈을 통해 폴리머를 프린팅하는 경우에는 폴리머로 패턴을 만들 수 있기 때문에, 포토리소그래피와 같은 마스킹작업을 3D프린팅으로 구현하여 저렴한 비용으로 포토작업이 가능하다. 이와 같이 3D프린팅과 증착의 조합으로 패턴 형성이 가능하여 반도체, PCB 등에 응용이 가능한 패턴 형성과 배선 형성 작업 응용이 가능할 것으로 예측된다.
또한, 도 8에 모식도로 제시된 바와 같이, 본 발명에서 실질적으로 본 발명에 의한 3D프린팅모듈에 의해 프린팅된 프린트층마다 진공증착모듈에 의해 증착층이 형성된 구조의 3D복합소재는 프린트된 층별 표면코팅이 가능한 구조를 갖게 된다. 진공증착모듈에 의해 코팅가능한 코팅의 종류 또한 고경도코팅, 발수성코팅, 친수성 코팅, 바이오코팅, 항균코팅, 광학관련 코팅, 전기전도성코팅, 절연코팅, 내마모코팅, 윤활코팅 등 다양한 특성을 갖는 코팅이 가능하므로, 코팅 종류를 원하는 물성치를 얻기에 적합하게 선별하면, 3D프린팅모듈에 의한 3D출력물과 진공증착모듈에 의한 코팅의 조합을 통해 다양한 소재의 개발과 표면특성을 갖는 3D복합소재를 개발할 수 있다. 또한 3D 출력물의 표면에 착색 또는 칼라 코팅을 스퍼터링으로 구현하여 다양한 칼라의 구조물을 전체적으로 또는 부분적으로 코팅이 가능하다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 기존의 스퍼터링 단독 또는 3D 프린팅 단독으로는 얻을 수 없는 새로운 기능, 재료, 물성치를 갖는 새로운 3D복합소재를 개발할 수 있을 것으로 예측된다.
또한, 이상의 구조를 갖는 본 발명은 기존의 3D프린터에서 조형물의 출력이 이뤄지고 이를 꺼내어 도장이나 도금, 진공증착으로 후처리로 착색이나 컬러 코팅을 하는 작업이 이루어진 것과는 달리, 하나의 챔버내에서 3D 프린팅과 진공증착이 동시에 이뤄지거나 교대로 이뤄지고 또는 최종 출력물 완성 후에 코팅이 가능하다는 점으로 인해 하나의 챔버라는 공간의 단일화로 인한 공간절약 및 거의 같은 시간내지는 최대한 3D 출력과 표면처리가 동시간대에 이루어지는 시간절약 효과가 있다. 또한 3D 프린팅의 작업자와 후가공 표면처리의 작업자가 다르거나 외부에 의뢰하여 보내는 경우 시간이 걸릴 수 있다는 점을 본 발명을 통해 해결할 수 있으므로 인력의 측면에서 절약의 효과가 분명히 존재한다. 즉, 시간, 공간, 인력을 하나로 아울러 할 수 있다는 장점을 갖는다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100 : 3차원 진공 증착 프린터 시스템
110 : 본체 120 : 3D프린팅모듈
121 : 노즐부재 130 : 진공증착모듈
140 : 스테이지모듈 150 : 격벽모듈

Claims (19)

  1. 진공상태의 내부공간이 형성된 본체;
    상기 본체의 상부 일정영역에 x축방향이동 및 y축방향이동 중 하나 이상이 가능한 구조로 형성되는 3D프린팅모듈;
    상기 3D프린팅모듈과 일정간격을 두고 상기 본체의 상부 다른 영역에 형성되는 진공증착모듈; 및
    상기 본체의 하부에 이동 가능한 구조로 설치되어 상기 3D프린팅모듈 및 상기 진공증착모듈과 상기 본체 하부사이의 z축방향이동 및 상기 3D프린팅모듈과 상기 진공증착모듈 사이의 x축방향이동이 가능한 스테이지모듈; 을 포함하는데,
    상기 3D프린팅모듈이 동작할 때 상기 본체의 내부공간은 760 내지 1 Torr이상의 저진공 상태를 유지하고,
    상기 진공증착모듈이 동작할 때 상기 본체의 내부공간은 1 Torr 미만의 중진공상태 또는 1mTorr 미만의 고진공상태를 유지하며,
    상기 진공증착모듈이 동작할 때 상기 스테이지모듈에 포함된 베드부재에 RF파워가 인가되도록 제어되고,
    상기 스테이지모듈에 위치한 3D프린팅출력물과 일정거리를 유지할 수 있도록 거리측정센서가 상기 진공증착모듈, 상기 3D프린팅모듈, 상기 스테이지모듈 중 어느 하나 이상에 1개 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템.
  2. 진공상태의 내부공간이 형성된 본체;
    상기 본체의 상부 일정영역에 x축방향이동, y축방향이동 및 z축방향이동 중 하나 이상이 가능한 구조로 형성되는 3D프린팅모듈;
    상기 3D프린팅모듈과 일정간격을 두고 상기 본체의 상부 다른 영역에 z축방향이동이 가능한 구조로 형성되는 진공증착모듈; 및
    상기 본체의 하부에 x축방향이동이 가능한 구조로 설치되어 상기 3D프린팅모듈과 상기 진공증착모듈 사이를 왕복 운동하는 스테이지모듈;을 포함하는데,
    상기 3D프린팅모듈이 동작할 때 상기 본체의 내부공간은 760 내지 1 Torr이상의 저진공 상태를 유지하고,
    상기 진공증착모듈이 동작할 때 상기 본체의 내부공간은 1 Torr 미만의 중진공상태 또는 1mTorr 미만의 고진공상태를 유지하며,
    상기 진공증착모듈이 동작할 때 상기 스테이지모듈에 포함된 베드부재에 RF파워가 인가되도록 제어되고,
    상기 스테이지모듈에 위치한 3D프린팅출력물과 일정거리를 유지할 수 있도록 거리측정센서가 상기 진공증착모듈, 상기 3D프린팅모듈, 상기 스테이지모듈 중 어느 하나 이상에 1개 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템.
  3. 진공상태의 내부공간이 형성된 본체;
    상기 본체의 하부에 설치되어 상기 본체의 상부까지 z축방향이동이 가능한 구조로 형성된 스테이지모듈;
    상기 스테이지모듈에 대향하는 상기 본체의 상부영역에 형성되는 진공증착모듈; 및
    상기 진공증착모듈이 작동시 오버랩되지 않는 상기 본체의 상부영역에 설치되고, 작동시 상기 스테이지모듈에 대향하는 위치로 노즐부재가 이동 가능한 구조로 형성되는 3D프린팅모듈;을 포함하는데,
    상기 3D프린팅모듈이 동작할 때 상기 본체의 내부공간은 760 내지 1 Torr이상의 저진공 상태를 유지하고,
    상기 진공증착모듈이 동작할 때 상기 본체의 내부공간은 1 Torr 미만의 중진공상태 또는 1mTorr 미만의 고진공상태를 유지하며,
    상기 진공증착모듈이 동작할 때 상기 스테이지모듈에 포함된 베드부재에 RF파워가 인가되도록 제어되고,
    상기 스테이지모듈에 위치한 3D프린팅출력물과 일정거리를 유지할 수 있도록 거리측정센서가 상기 진공증착모듈, 상기 3D프린팅모듈, 상기 스테이지모듈 중 어느 하나 이상에 1개 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템.
  4. 삭제
  5. 진공상태의 내부공간이 형성된 본체;
    상기 본체의 하부에 설치되어 y축방향이동이 가능한 구조로 형성된 스테이지모듈;
    상기 스테이지모듈에 대향하는 상기 본체의 상부영역에 z축방향이동이 가능한 구조로 형성되는 진공증착모듈; 및
    상기 진공증착모듈이 작동시 오버랩되지 않는 상기 본체의 상부영역에 설치되어 x축방향이동 및 z축방향이동이 가능한 구조로 형성되어, 작동시 상기 스테이지모듈에 대향하는 위치로 이동하여 3D 프린팅이 가능한 구조로 형성되는 3D프린팅모듈;을 포함하는데,
    상기 3D프린팅모듈이 동작할 때 상기 본체의 내부공간은 760 내지 1 Torr이상의 저진공 상태를 유지하고,
    상기 진공증착모듈이 동작할 때 상기 본체의 내부공간은 1 Torr 미만의 중진공상태 또는 1mTorr 미만의 고진공상태를 유지하며,
    상기 진공증착모듈이 동작할 때 상기 스테이지모듈에 포함된 베드부재에 RF파워가 인가되도록 제어되고,
    상기 스테이지모듈에 위치한 3D프린팅출력물과 일정거리를 유지할 수 있도록 거리측정센서가 상기 진공증착모듈, 상기 3D프린팅모듈, 상기 스테이지모듈 중 어느 하나 이상에 1개 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템.
  6. 진공상태의 내부공간이 형성된 본체;
    상기 본체의 상부 일정영역에 x축방향이동, y축방향이동 및 z축방향이동 중 하나 이상이 가능한 구조로 형성되는 3D프린팅모듈;
    상기 3D프린팅모듈과 일정간격을 두고 상기 본체의 상부 다른 영역에 z축방향이동이 가능한 구조로 형성되는 진공증착모듈;
    상기 본체의 하부에 x축방향이동이 가능한 구조로 설치되어 상기 3D프린팅모듈과 상기 진공증착모듈 사이를 왕복 운동하는 스테이지모듈; 및
    상기 본체의 중심측에서 상기 본체의 상부로부터 하부까지 형성되어 상기 내부공간을 2개의 공간으로 구분할 수 있고 Z축방향이동이 가능한 구조로 설치되어 상기 3D프린팅모듈에 의해 3D프린팅 되는 공간과 상기 진공증착모듈에 의해 진공증착되는 영역을 구분하는 격벽모듈;을 포함하는데,
    상기 3D프린팅모듈이 동작할 때 상기 본체의 내부공간은 760 내지 1 Torr이상의 저진공 상태를 유지하고,
    상기 진공증착모듈이 동작할 때 상기 본체의 내부공간은 1 Torr 미만의 중진공상태 또는 1mTorr 미만의 고진공상태를 유지하며,
    상기 진공증착모듈이 동작할 때 상기 스테이지모듈에 포함된 베드부재에 RF파워가 인가되도록 제어되고,
    상기 스테이지모듈에 위치한 3D프린팅출력물과 일정거리를 유지할 수 있도록 거리측정센서가 상기 진공증착모듈, 상기 3D프린팅모듈, 상기 스테이지모듈 중 어느 하나 이상에 1개 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공증착모듈은 아크증착모듈, 스퍼터링모듈, CVD모듈, Evaporation 모듈로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3D프린팅모듈의 노즐부는 냉각수 또는 냉매로 냉각되는 것을 특징으로 하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공증착모듈이 스퍼터링모듈인 경우 스퍼터링 건이 1개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템.
  13. 삭제
  14. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3D프린팅모듈의 노즐부재는 2개 이상인 것을 특징으로 하는 3차원 진공 증착 프린터 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 한 항의 3차원 진공 증착 프린터 시스템으로 제조되어, 입체를 형성하는 매트릭스물질 내부에 상기 매트릭스물질과 용융점의 차이가 큰 소재로 형성된 다수의 증착층을 포함하는 구조인 것을 특징으로 하는 3D복합소재.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 증착층은 2㎛이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 3D복합소재.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 매트릭스물질은 고분자, 금속, 세라믹, 생체물질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3D복합소재.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 3D복합소재는 금속증착층 상에 형성된 다양한 고분자소재 패턴층을 포함하는 구조인 것을 특징으로 하는 3D복합소재.
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