KR102044963B1 - 3d printing apparatus and method using electroplating - Google Patents

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Abstract

전단부에 노즐을 구비하고, 내부에 적재된 금속 용액을 노즐을 통해 기판으로 배출하는 프린팅 펜; 및 프린팅 펜과 기판 사이에 금속 용액의 메니스커스(meniscus)가 형성된 경우, 내부에 적재된 금속 용액과 접점을 갖는 금속 전극을 제 1 전극, 기판을 제 2 전극으로 하여 메니스커스 내부의 금속 용액으로 소정 전압을 인가함으로써, 메니스커스 내부의 금속 용액을 기판 상에 도금시키는 전원 공급부를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치가 개시된다.A printing pen having a nozzle at a front end and discharging the metal solution loaded therein to the substrate through the nozzle; And when a meniscus of a metal solution is formed between the printing pen and the substrate, the metal inside the meniscus using a metal electrode having a contact point with a metal solution loaded therein as a first electrode and a substrate as a second electrode. By applying a predetermined voltage to the solution, a 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a power supply for plating a metal solution inside a meniscus onto a substrate.

Description

전기 도금 방식을 이용한 3D 프린팅 장치 및 방법 {3D PRINTING APPARATUS AND METHOD USING ELECTROPLATING}3D printing apparatus and method using electroplating method {3D PRINTING APPARATUS AND METHOD USING ELECTROPLATING}

본 발명은 전기 도금 방식을 이용한 3D 프린팅 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 3D 프린팅에서 사용되는 금속 재료를 소결하기 위한 고온 인가 과정을 필요로 하지 않는 전기 도금 방식을 이용한 3D 프린팅 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D printing apparatus and method using an electroplating method. More specifically, the present invention relates to a 3D printing apparatus and method using an electroplating method that does not require a high temperature application process for sintering a metal material used in 3D printing.

3D 프린팅 기술은 3차원 설계 데이터를 기반으로 고분자 물질, 플라스틱 또는 금속성 가루 등의 소재를 적층하는 적층 제조법(Additive Manufacturing)을 사용함으로써, 실물 모형, 프로토타입(proto type), 툴(tool) 및 부품 등을 형상화하는 기술이다. 3D printing technology uses additive manufacturing, which stacks materials such as polymers, plastics, or metallic powders based on three-dimensional design data, thereby mockups, prototypes, tools, and parts. It is a technique to shape the back.

3D 프린팅의 장점은 하나의 제품만을 생산하는 경우에도 생산 비용이 비교적 적게 들고, 어떤 모양의 제품이든 자유롭게 만들어낼 수 있다는 데 있다. 기존의 플라스틱 모형 제조 기술에서는 틀을 만든 후, 틀을 이용하여 제품을 생산하기 때문에 하나의 제품을 만드는 데 소요되는 비용이 매우 크지만, 3D 프린팅 기술은 틀 없이 원료를 한 겹씩 적층하여 제품을 생산하기 때문에 다품종 소량생산에 매우 적합하다. 또한 3D 프린팅 기술에 의하면, 아무리 복잡한 모양의 제품이라도 간단하게 생산할 수 있기 때문에, 3D 프린팅 기술을 이용하여 생산할 수 있는 제품의 종류는 사실상 무궁무진하다고 할 수 있다. 그로 인해, 3D 프린팅 기술은 제조업, 의료, IT 분야 등 다방면에서 기술의 패러다임을 바꾸며, 산업 혁신을 이끌 것으로 기대되고 있다. The advantage of 3D printing is that even if only one product is produced, the production cost is relatively low, and any shape product can be freely produced. In the conventional plastic model manufacturing technology, the cost of making a single product is very high because the mold is produced after the mold is produced, but the 3D printing technology produces the product by stacking the raw materials one by one without the mold. It is very suitable for small quantity production of many kinds. In addition, according to the 3D printing technology, even a product having a complicated shape can be easily produced, and thus, the types of products that can be produced using the 3D printing technology are virtually unlimited. As a result, 3D printing technology is expected to change the paradigm of technology in various fields such as manufacturing, healthcare, and IT, and lead industrial innovation.

3D 프린팅 방식에는 매우 다양한 종류가 있지만, 주로, 사용되는 원료의 특징에 따라 액체 기반의 방식, 파우더 기반의 방식 및 고체 기반의 방식으로 분류할 수 있다. 각각의 방식은 저마다 고유의 장단점을 지니고 있는데, 조형 속도와 조형의 정확도 및 세밀함에 차이가 있으며, 제품에 색상을 자유롭게 입힐 수 있는 방식과 단색만 입힐 수 있는 방식이 있다. Although there are many types of 3D printing methods, they can be classified into a liquid based method, a powder based method and a solid based method according to the characteristics of the raw materials used. Each method has its own strengths and weaknesses, and there are differences in molding speed, accuracy and detail of molding, and there are ways to freely color products and only one color.

액체 기반의 방식들은 주로 액체 상태의 폴리머 합성수지와 그 외의 합성수지를 이용하여 물체의 모양을 따라 한 층씩 적층한 후, 적층된 구조물을 광경화(photocure) 시키는 과정을 거친다. 액체 기반의 대표적인 방식은 SLA (Stereolithography)로서 상업적으로 가장 먼저 도입되었다. SLA 이외의 액체원료 기반의 방식으로는 Jetted Photopolymer와 Ink Jet Printing 방식이 있다. 액체 기반 방식은 대체적으로 원래의 형태에 근접한 정확한 조형이 가능하다는 장점이 있으나, 경화 폴리머가 시간이 지나면서 마모될 수 있어 내구성이 떨어진다는 단점이 있다.Liquid-based methods mainly use liquid polymer synthetic resin and other synthetic resins to stack layers one by one according to the shape of an object, and then photocure the stacked structures. A representative method based on liquid is the first commercially introduced as SLA (Stereolithography). Liquid-based methods other than SLA include Jetted Photopolymer and Ink Jet Printing. Liquid-based methods generally have the advantage of being able to form precisely close to their original form, but have the disadvantage that the cured polymer may wear over time and thus have poor durability.

파우더 기반 방식은 파우더 형태로 만들어진 합성수지, 금속 원료를 녹이거나 소결(燒結, sintering)하는 과정을 거친다. 파우더 기반의 방식으로는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식이 대표적이다. 파우더 기반의 방식은 금속과 세라믹 등 다양한 원료를 사용할 수 있으며, 액체 원료의 광경화 과정을 거친 결과물보다 견고하다는 장점이 있지만, 파우더의 소결을 위해 고온 공정이 필요하다는 단점이 있다. The powder-based method is a process of melting or sintering synthetic resin and metal raw materials made in powder form. Selective Laser Sintering (SLS) is a typical powder-based method. Powder-based method can use a variety of raw materials, such as metals and ceramics, and has the advantage of being more robust than the result of the photocuring process of the liquid raw material, but has the disadvantage that a high temperature process is required for the sintering of the powder.

마지막으로, 고체 기반 방식은 주로 고체 상태의 원료를 깎아서 만드는데, 원료의 가공 형태에는 차이가 있다. LOM(Laminated Object Manufacturing) 방식은 종이 형태의 얇은 원료를 한 장씩 적층한 후, 물체의 모양대로 깎아나가는 과정을 거치며, FDM(Fused Deposition Modeling) 방식은 실 형태의 원료를 녹여서 한 층씩 적층한다. Finally, solid-based methods are usually made by shaving solid materials, which differ in their processing form. Laminated Object Manufacturing (LOM) method stacks thin sheets of paper material one by one, and then cuts them into the shape of an object.FDM (Fused Deposition Modeling) method melts raw materials in a thread form and stacks them one by one.

현재, 고분자 또는 플라스틱 등을 이용하는 3D 프린터 시장은 이미 미국, 일본, 독일 등 선진국들의 주도하에 개인이 보유하여 사용할 수 있을 정도로 가격이 하락한 실정이다. 하지만 금속 원료의 경우 높은 소재가격, 복잡한 가공방법, 높은 소결 온도 및 폭발 위험성이 커서 플라스틱 등의 소재를 활용한 3D 프린팅과는 다르게 발전에 제한을 받고 있다. 따라서, 금속 원료의 경우도 낮은 온도에서 간단한 공정으로 제품을 생산할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.Currently, the 3D printer market using polymers or plastics has already fallen in price so that individuals can own and use it under the leadership of advanced countries such as the US, Japan, and Germany. However, in the case of metal raw materials, due to high material price, complicated processing method, high sintering temperature, and explosion risk, it is restricted from development unlike 3D printing using plastic materials. Therefore, even in the case of metal raw materials, there is a demand for the development of a technology capable of producing a product at a low temperature by a simple process.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 도금 방식을 이용한 3D 프린팅 장치 및 방법은 금속 재료를 소결하기 위한 고온 인가 과정을 필요로 하지 않는 것을 목적으로 한다.3D printing apparatus and method using an electroplating method according to an embodiment of the present invention is an object that does not require a high temperature application process for sintering the metal material.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 도금 방식을 이용한 3D 프린팅 장치 및 방법은 기판 상의 구조물의 형상을 효율적으로 제어하는 것을 목적으로 한다.In addition, the 3D printing apparatus and method using an electroplating method according to an embodiment of the present invention aims to efficiently control the shape of the structure on the substrate.

본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치는,3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention,

전단부에 노즐을 구비하고, 내부에 적재된 금속 용액을 상기 노즐을 통해 기판으로 배출하는 프린팅 펜; 및 상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이에 상기 금속 용액의 메니스커스(meniscus)가 형성된 경우, 상기 내부에 적재된 금속 용액과 접점을 갖는 금속 전극을 제 1 전극, 상기 기판을 제 2 전극으로 하여 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 소정 전압을 인가함으로써, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 전원 공급부를 포함할 수 있다.A printing pen having a nozzle at a front end and discharging a metal solution loaded therein to the substrate through the nozzle; And when a meniscus of the metal solution is formed between the printing pen and the substrate, the metal electrode having a contact with the metal solution loaded therein is a first electrode, and the substrate is a second electrode. By applying a predetermined voltage to the metal solution inside the meniscus, it may include a power supply for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate.

상기 전원 공급부는, 제 1 시간 구간 동안 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 제 1 전압과 제 2 시간 구간 동안 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 제 2 전압 각각의 크기를 조절하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어할 수 있다.The power supply unit adjusts the magnitude of each of the first voltage applied to the metal solution inside the meniscus and the second voltage applied to the metal solution inside the meniscus during the first time interval. The shape of the unit structure of the metal solution plated on the substrate may be controlled.

상기 전원 공급부는, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압과, 상기 기판 상에 도금된 금속 용액을 에칭(etching)시키는 제 2 전압을 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가하여, 기둥 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성할 수 있다.The power supply unit may include a first voltage for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate and a second voltage for etching the metal solution plated on the substrate. The solution may be applied to form a columnar unit structure on the substrate.

상기 전원 공급부는, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압을 상기 금속 용액으로 인가하고, 상기 제 2 시간 구간 동안에는 상기 금속 용액으로 전압을 인가하지 않음으로써, 관 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성할 수 있다.The power supply unit has a tubular shape by applying a first voltage for plating a metal solution inside the meniscus onto the substrate, and not applying a voltage to the metal solution during the second time interval. A unit structure of may be formed on the substrate.

상기 전원 공급부는, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압과, 상기 제 1 전압보다 작고 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 2 전압을 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가하여, 관 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성할 수 있다.The power supply unit may include a first voltage for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate, and a second voltage less than the first voltage and for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate. The tubular unit structure may be formed on the substrate by applying a metal solution inside the meniscus.

상기 전원 공급부는, 상기 제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간 사이의 듀티비를 더 조절하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하되, The power supply unit controls the shape of the unit structure of the metal solution plated on the substrate by further adjusting the duty ratio between the first time interval and the second time interval,

상기 듀티비는,The duty ratio is,

[수학식][Equation]

(제 1 시간 구간-제 2 시간 구간) / 제 1 시간 구간(1st time interval-2nd time interval) / 1st time interval

상기 수학식에 의해 결정될 수 있다.It can be determined by the above equation.

상기 전원 공급부는, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압과, 상기 기판 상에 도금된 금속 용액을 에칭(etching)시키는 제 2 전압을 0과 1 사이의 듀티비로 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가하여, 기둥 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성할 수 있다.The power supply unit has a duty ratio between 0 and 1 for a first voltage for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate and a second voltage for etching the metal solution plated on the substrate. The columnar unit structure may be formed on the substrate by applying to the metal solution inside the meniscus.

상기 전원 공급부는, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압과, 상기 제 1 전압보다 작고 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 2 전압을 0과 1 사이의 듀티비로 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가하여, 관 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성할 수 있다.The power supply unit may include a first voltage for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate, and a second voltage less than the first voltage and for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate. A tubular unit structure may be formed on the substrate by applying a duty ratio between 0 and 1 to the metal solution inside the meniscus.

상기 3D 프린팅 장치는, 상기 프린팅 펜 및 상기 기판 중 적어도 하나의 위치를 제어하는 위치 제어부를 더 포함할 수 있다.The 3D printing apparatus may further include a position controller which controls a position of at least one of the printing pen and the substrate.

상기 위치 제어부는, 상기 프린팅 펜 및 상기 기판 중 적어도 하나의 위치를 제어함으로써, 상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이에 형성된 메니스커스의 형상을 제어할 수 있다.The position controller may control the shape of the meniscus formed between the printing pen and the substrate by controlling the position of at least one of the printing pen and the substrate.

본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 방법은,3D printing method according to another embodiment of the present invention,

전단부에 노즐을 구비한 프린팅 펜의 내부에 적재된 금속 용액을 기판으로 배출하는 단계; 및 상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이에 상기 금속 용액의 메니스커스(meniscus)가 형성된 경우, 상기 내부에 적재된 금속 용액과 접점을 갖는 금속 전극을 제 1 전극, 상기 기판을 제 2 전극으로 하여 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 소정 전압을 인가함으로써, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 단계를 포함할 수 있다.Discharging the metal solution loaded in the printing pen having the nozzle at the front end to the substrate; And when a meniscus of the metal solution is formed between the printing pen and the substrate, the metal electrode having a contact with the metal solution loaded therein is a first electrode, and the substrate is a second electrode. The method may include plating the metal solution inside the meniscus on the substrate by applying a predetermined voltage to the metal solution inside the meniscus.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 도금 방식을 이용한 3D 프린팅 장치 및 방법은 금속 재료를 소결하기 위한 고온 인가 과정을 필요로 하지 않는다.3D printing apparatus and method using an electroplating method according to an embodiment of the present invention does not require a high temperature application process for sintering the metal material.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 도금 방식을 이용한 3D 프린팅 장치 및 방법은 기판 상의 구조물의 형상을 효율적으로 제어할 수 있다.In addition, the 3D printing apparatus and method using an electroplating method according to an embodiment of the present invention can efficiently control the shape of the structure on the substrate.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 A 부분의 금속 용액의 이온 분포를 도시하는 도면이다.
도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치에서 금속 용액에 인가되는 제 1 시간 구간 동안의 제 1 전압과 제 2 시간 구간 동안의 제 2 전압을 도시하는 도면이고, 도 3(b)는 도 3(a)의 제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간 사이의 듀티비에 따른 단위 구조물의 형상을 도시하는 도면이다.
도 4는 0.9의 듀티비로 기판 상에서 성장된 구조물을 도시하는 도면이다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치에서 금속 용액에 인가되는 제 1 시간 구간 동안의 제 1 전압과 제 2 시간 구간 동안의 제 2 전압을 도시하는 도면이고, 도 5(b)는 도 5(a)의 제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간 사이의 듀티비에 따른 단위 구조물의 형상을 도시하는 도면이다.
도 6은 0.4의 듀티비로 기판 상에서 성장된 구조물을 도시하는 도면이다.
도 7(a), 도 7(b) 및 도 7(c)는 금속 용액의 메니스커스를 제어하여 브릿지 형태의 구조물을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 방법의 순서를 도시하는 순서도이다.
1 is a view showing the configuration of a 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the ion distribution of the metal solution of the A portion shown in FIG. 1.
3A is a diagram illustrating a first voltage during a first time interval and a second voltage during a second time interval applied to a metal solution in the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention. (b) is a view showing the shape of the unit structure according to the duty ratio between the first time interval and the second time interval of FIG.
4 shows a structure grown on a substrate at a duty ratio of 0.9.
FIG. 5A is a diagram illustrating a first voltage during a first time interval and a second voltage during a second time interval applied to a metal solution in the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention. (b) is a view showing the shape of the unit structure according to the duty ratio between the first time interval and the second time interval of FIG.
6 shows a structure grown on a substrate with a duty ratio of 0.4.
7 (a), 7 (b) and 7 (c) are diagrams for explaining a method of generating a bridge-shaped structure by controlling a meniscus of a metal solution.
8 is a flowchart illustrating a procedure of a 3D printing method according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)의 구성을 도시하는 도면이다.1 is a view showing the configuration of a 3D printing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)는 프린팅 펜(110), 기판(120), 전원 공급부(130) 및 위치 제어부(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the 3D printing apparatus 100 according to an exemplary embodiment may include a printing pen 110, a substrate 120, a power supply 130, and a position controller 140.

프린팅 펜(110)은 내부에 금속 용액(112)을 적재하고, 전단부에 구비된 노즐을 통해 금속 용액(112)을 배출한다. 또한, 프린팅 펜(110)의 내부에는 금속 용액(112)으로 소정 전압을 인가하기 위한 금속 전극(114)이 위치될 수 있다. 프린팅 펜(110)의 노즐의 단면은 원형, 사형, 육각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.The printing pen 110 loads the metal solution 112 therein and discharges the metal solution 112 through the nozzle provided at the front end portion. In addition, a metal electrode 114 for applying a predetermined voltage to the metal solution 112 may be positioned inside the printing pen 110. The cross section of the nozzle of the printing pen 110 may have a variety of shapes, such as circular, sand, hexagonal.

프린팅 펜(110)에는 원료 공급 제어부(미도시)가 연결될 수 있는데, 원료 공급 제어부는 프린팅 펜(110)의 노즐을 통해 프린팅 펜(110)에 적재된 금속 용액(112)이 기판(120)으로 적절히 배출되도록 한다. 원료 공급 제어부는 금속 용액(112)이 기판(120)과 접촉 시 자발적으로 메니스커스가 형성되는 것을 이용하거나 펌프의 공기압을 이용하여 프린팅 펜(110)에 적재된 금속 용액(112)이 기판(120)으로 배출되도록 할 수 있다.The raw material supply control unit (not shown) may be connected to the printing pen 110. The raw material supply control unit has a metal solution 112 loaded on the printing pen 110 through a nozzle of the printing pen 110 to the substrate 120. Ensure proper discharge. The raw material supply control unit uses a metal solution 112 that is spontaneously formed when the metal solution 112 contacts the substrate 120 or the metal solution 112 loaded on the printing pen 110 by using an air pressure of a pump. 120).

프린팅 펜(110)으로부터 배출되는 금속 용액(112)에 의해 기판(120) 상에는 단위 구조물이 형성된다. 기판(120)은 금속 용액(112)으로 소정 전압을 인가하기 위한 전극으로 작용할 수 있다.The unit structure is formed on the substrate 120 by the metal solution 112 discharged from the printing pen 110. The substrate 120 may serve as an electrode for applying a predetermined voltage to the metal solution 112.

전원 공급부(130)는 프린팅 펜(110)의 내부에 위치하여 금속 용액(112)과 접점을 갖는 금속 전극(114)을 제 1 전극, 예를 들어, 애노드(anode) 전극, 기판(120)을 제 2 전극, 예를 들어, 캐소드(cathode) 전극으로 하여 금속 용액(112)으로 소정 전압을 인가할 수 있다. 전압의 인가는 포텐셔스탯(potentiostat)을 이용할 수 있다The power supply unit 130 is positioned inside the printing pen 110 to connect the metal electrode 114 having the contact with the metal solution 112 to the first electrode, for example, the anode electrode and the substrate 120. A predetermined voltage may be applied to the metal solution 112 as a second electrode, for example, a cathode. The application of voltage can use a potentiostat

구체적으로, 전원 공급부(130)는 프린팅 펜(110)과 기판(120) 사이에 금속 용액(112)의 메니스커스(meniscus)(113)가 형성된 경우, 프린팅 펜(110)의 내부에 위치하는 금속 전극(114)을 제 1 전극, 기판(120)을 제 2 전극으로 하여 메니스커스(113) 내부의 금속 용액(112)으로 소정 전압을 인가함으로써, 메니스커스(113) 내부의 금속 용액(112)을 기판(120) 상에 도금시킬 수 있다. 메니스커스(113)의 형성 여부는 메니스커스(113) 형성 시 발생하는 전압 혹은 전류변화의 측정과 광학 시스템을 이용한 모니터링 방식을 이용하여 판단될 수 있다.Specifically, when the meniscus 113 of the metal solution 112 is formed between the printing pen 110 and the substrate 120, the power supply 130 is located inside the printing pen 110. The metal solution in the meniscus 113 is applied by applying a predetermined voltage to the metal solution 112 in the meniscus 113 using the metal electrode 114 as the first electrode and the substrate 120 as the second electrode. 112 may be plated on the substrate 120. Whether or not the meniscus 113 is formed may be determined by measuring a voltage or current change generated when the meniscus 113 is formed and a monitoring method using an optical system.

또한, 전원 공급부(130)는 금속 용액(112)으로 인가되는 제 1 시간 구간 동안의 제 1 전압과 제 2 시간 구간 동안의 제 2 전압 각각의 크기를 조절하여 기판(120) 상에 형성되는 금속 용액(112)의 단위 구조물 형상을 제어할 수 있다. 제 1 전압이 제 1 시간 구간 동안 금속 용액(112)에 인가된 뒤에 제 2 전압이 제 2 시간 구간 동안 금속 용액(112)에 인가될 수 있다. 더 나아가, 전원 공급부(130)는 제 1 전압과 제 2 전압 각각의 크기와 함께, 제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간 사이의 듀티비를 더 조절하여 기판(120) 상에 형성되는 금속 용액(112)의 단위 구조물의 형상을 제어할 수 있는데, 이에 대해서는 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명된다.In addition, the power supply unit 130 is formed on the substrate 120 by adjusting the magnitude of each of the first voltage during the first time interval and the second voltage during the second time interval applied to the metal solution 112. The shape of the unit structure of the solution 112 may be controlled. After the first voltage is applied to the metal solution 112 during the first time interval, the second voltage may be applied to the metal solution 112 during the second time interval. Furthermore, the power supply 130 may further adjust the duty ratio between the first time interval and the second time interval together with the magnitudes of the first voltage and the second voltage, respectively, to form a metal solution formed on the substrate 120 ( The shape of the unit structure of 112 may be controlled, which will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 6.

위치 제어부(140)는 프린팅 펜(110) 및 기판(120) 중 적어도 하나의 위치를 제어한다. 위치 제어부(140)는 CCD 카메라(142)를 통해 획득되는 단위 구조물의 형상을 참조하여 프린팅 펜(110) 및 기판(120) 중 적어도 하나의 위치를 제어할 수 있다. 또한, 위치 제어부(140)는 프린팅 펜(110) 및 기판(120) 중 적어도 하나의 위치를 제어함으로써, 프린팅 펜(110)과 기판(120) 사이에 형성된 메니스커스(113)의 형상을 제어하여 구조물의 성장 방향을 조절할 수 있는데, 이에 대해서는 도 7을 참조하여 설명된다.The position controller 140 controls the position of at least one of the printing pen 110 and the substrate 120. The position controller 140 may control the position of at least one of the printing pen 110 and the substrate 120 with reference to the shape of the unit structure obtained through the CCD camera 142. In addition, the position control unit 140 controls the shape of the meniscus 113 formed between the printing pen 110 and the substrate 120 by controlling the position of at least one of the printing pen 110 and the substrate 120. The growth direction of the structure can be adjusted, which will be described with reference to FIG. 7.

도 2는 도 1에 도시된 A 부분의 금속 용액(112)의 이온 분포를 도시하는 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing the ion distribution of the metal solution 112 of the A portion shown in FIG. 1.

전기 도금에서 금속 이온의 공급은 도금의 질을 결정하는 중요한 요소이다. 일반적인 전기 도금의 경우, 금속 이온의 공급의 핵심 인자로는 확산(diffusion)과 이동(migration)이 존재한다. 본 발명에서는 일반적인 전기 도금의 경우와는 달리 메니스커스가 도금조(deposition bath)의 역할을 하게 된다. 그로 인해, 메니스커스 표면에서 발생하는 솔벤트(solvent)의 증발로 금속 이온이 메니스커스의 표면에 모이게 되는 증발효과가 추가로 존재하게 된다. 이러한 증발효과는 본 발명에서 확산, 이동 효과와 함께 금속 이온 공급의 중요한 인자로 작용한다. The supply of metal ions in electroplating is an important factor in determining the quality of the plating. In general electroplating, diffusion and migration are key factors for the supply of metal ions. In the present invention, unlike the case of general electroplating, the meniscus serves as a deposition bath. Thereby, there is an additional evaporation effect in which metal ions are collected on the surface of the meniscus by evaporation of the solvent occurring at the meniscus surface. This evaporation effect acts as an important factor of the metal ion supply together with the diffusion and migration effects in the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 증발효과로 인해 금속 용액(112)의 이온들이 메니스커스의 표면, 그 중에서도 메니스커스와 기판(120)의 접촉 영역(B)에 높은 밀도로 분포하는 것을 확인할 수 있다. 실제로 소정 전압을 1초 동안 인가한 후 기판(120)에 도금된 양상을 관찰해보면, 도금층의 안쪽보다 바깥쪽에 핵 생성 밀도가 높다는 것을 확인할 수 있다. 이 경우 도금을 연속적으로 진행시키면, 균일하고 치밀한 구조물을 제작할 수 없게 된다.As shown in FIG. 2, due to the evaporation effect, it can be seen that ions of the metal solution 112 are distributed at high density on the surface of the meniscus, especially the contact region B of the meniscus and the substrate 120. have. In fact, when a predetermined voltage is applied for one second and the appearance of the plated on the substrate 120 is observed, it can be seen that the nucleation density is higher than the inner side of the plating layer. In this case, if the plating proceeds continuously, it becomes impossible to produce a uniform and dense structure.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)는 금속 용액(112)으로 인가되는 제 1 시간 구간 동안의 제 1 전압과 제 2 시간 구간 동안의 제 2 전압 각각의 크기, 더 나아가 제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간 사이의 듀티비를 조절하여 보다 정확한 형태의 단위 구조물을 생성한다.Accordingly, the 3D printing apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention may further include a magnitude of each of the first voltage during the first time interval and the second voltage during the second time interval applied to the metal solution 112. Furthermore, the duty ratio between the first time interval and the second time interval is adjusted to generate a more precise unit structure.

도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)에서 금속 용액(112)에 인가되는 제 1 시간 구간 동안의 제 1 전압과 제 2 시간 구간 동안의 제 2 전압을 도시하는 도면이고, 도 3(b)는 도 3(a)의 제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간 사이의 듀티비에 따른 단위 구조물의 형상을 도시하는 도면이다.FIG. 3A illustrates a first voltage during a first time interval and a second voltage during a second time interval applied to the metal solution 112 in the 3D printing apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention. 3 (b) is a view showing the shape of the unit structure according to the duty ratio between the first time interval and the second time interval of Figure 3 (a).

전술한 바와 같이, 전원 공급부(130)는 소정 전압을 메니스커스 내부의 금속 용액(112)으로 인가할 수 있는데, 구체적으로, 제 1 시간 구간 동안의 제 1 전압과 제 2 시간 구간 동안의 제 2 전압 각각의 크기를 조절한 후, 제 1 전압과 제 2 전압을 소정 듀티비로 금속 용액(112)에 인가할 수 있다. 제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간 사이의 듀티비는 아래의 수학식 1로 정의될 수 있다. As described above, the power supply unit 130 may apply a predetermined voltage to the metal solution 112 in the meniscus, specifically, the first voltage during the first time period and the second voltage during the second time period. After adjusting the magnitude of each of the two voltages, the first voltage and the second voltage may be applied to the metal solution 112 at a predetermined duty ratio. The duty ratio between the first time interval and the second time interval may be defined by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

(제 1 시간 구간-제 2 시간 구간) / 제 1 시간 구간(1st time interval-2nd time interval) / 1st time interval

제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간의 총 인가 시간을 1주기로 하는 경우, 전원 공급부(130)는 소정 횟수의 주기로 제 1 전압과 제 2 전압을 금속 용액(112)에 인가하여 단위 구조물을 기판(120)상에 형성할 수 있다.When the total application time between the first time interval and the second time interval is one cycle, the power supply unit 130 applies the first voltage and the second voltage to the metal solution 112 at a predetermined number of cycles, thereby applying the unit structure to the substrate ( 120).

전원 공급부(130)는 메니스커스 내부의 금속 용액(112)을 기판(120) 상에 도금시키는 제 1 전압을 금속 용액(112)에 인가한 후, 기판(120) 상에 도금된 금속 용액(112)을 에칭(etching)시키는 제 2 전압을 금속 용액(112)으로 인가함으로써, 기둥 형상의 단위 구조물을 기판(120) 상에 형성할 수 있다. 기둥 형상의 단위 구조물은 상면이 평평하고, 치밀한 형태를 가질 수 있다.The power supply 130 applies a first voltage for plating the metal solution 112 inside the meniscus on the substrate 120 to the metal solution 112, and then the metal solution plated on the substrate 120 ( By applying the second voltage for etching the 112 to the metal solution 112, a columnar unit structure may be formed on the substrate 120. The columnar unit structure may have a flat top surface and have a dense shape.

도 3(a)에 도시된 바와 같이, 전원 공급부(130)는 2V의 제 1 시간 구간 동안의 제 1 전압과 -0.1V의 제 2 시간 구간 동안의 제 2 전압을 금속 용액(112)으로 인가할 수 있다. 2V는 메니스커스 내부의 금속 용액(112)을 기판(120) 상에 도금시키는 제 1 전압에 대응하고, -0.1V는 기판(120) 상에 도금된 금속 용액(112)을 에칭(etching)시키는 제 2 전압에 대응하지만, 제 1 전압의 크기와 제 2 전압의 크기가 2V와 -0.1V에 한정되는 것은 아니며, 금속 용액(112)의 재료 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 메니스커스 내부의 금속 용액(112)을 기판(120) 상에 도금시키는 제 1 전압은 (+) 극성을 가질 수 있고, 기판(120) 상에 도금된 금속 용액(112)을 에칭(etching)시키는 제 2 전압은 (-) 극성을 가질 수 있지만, 금속 용액(112)의 재료에 따라 메니스커스 내부의 금속 용액(112)을 기판(120) 상에 도금시키는 제 1 전압과 기판(120) 상에 도금된 금속 용액을 에칭(etching)시키는 제 2 전압 모두 (+) 극성을 가질 수도 있다.As shown in FIG. 3A, the power supply unit 130 applies the first voltage during the first time interval of 2 V and the second voltage during the second time interval of −0.1 V to the metal solution 112. can do. 2V corresponds to the first voltage for plating the metal solution 112 inside the meniscus on the substrate 120, and -0.1V etches the metal solution 112 plated on the substrate 120. Although it corresponds to the second voltage, the magnitude of the first voltage and the magnitude of the second voltage are not limited to 2V and -0.1V, and may vary depending on the material of the metal solution 112. In addition, the first voltage for plating the metal solution 112 inside the meniscus on the substrate 120 may have a positive polarity and may etch the plated metal solution 112 on the substrate 120. The second voltage to be etched may have a negative polarity, but the first voltage and the substrate for plating the metal solution 112 inside the meniscus on the substrate 120 according to the material of the metal solution 112. All of the second voltages that etch the metal solution plated on 120 may have positive polarity.

도 3(b)는 2V의 제 1 전압과 -0.1V의 제 2 전압을 일정한 듀비티로 금속 용액(112)에 인가하였을 때 형성되는 단위 구조물의 형상을 도시하는 도면들이다.FIG. 3B is a diagram showing the shape of the unit structure formed when the first voltage of 2V and the second voltage of −0.1V are applied to the metal solution 112 with a constant duty.

듀티비가 1인 경우는 2V의 제 1 전압만을 금속 용액(112)에 인가한 경우이며, 이때의 단위 구조물은 도금 초기에는 증발효과로 인해 용액 이온의 밀도가 높은 메니스커스의 바깥쪽에서 빠르게 성장하다가, 제 1 전압의 계속적인 인가로 인해 중심부에서 형성된 강한 전기장의 영향으로 제어할 수 없는 수지상(dendrite) 단위 구조물이 형성된다. When the duty ratio is 1, only the first voltage of 2V is applied to the metal solution 112. At this time, the unit structure grows rapidly on the outside of the meniscus where the density of the solution ions is high due to the evaporation effect at the beginning of plating. Due to the continuous application of the first voltage, dendrite unit structures are formed that cannot be controlled under the influence of a strong electric field formed at the center.

전원 공급부(130)는 메니스커스 내부의 금속 용액(112)을 기판(120) 상에 도금시키는 2V의 전압을 금속 용액(112)에 인가한 후, 기판(120) 상에 도금된 금속 용액(112)을 에칭(etching)시키는 -0.1V의 제 2 전압을 금속 용액(112)으로 인가함으로써, 불규칙적으로 돌출된 지점을 에칭(etching)할 수 있다. The power supply unit 130 applies a voltage of 2 V to the metal solution 112 to plate the metal solution 112 inside the meniscus on the substrate 120, and then the metal solution plated on the substrate 120 ( By applying a second voltage of −0.1 V, which etches 112, to the metal solution 112, it is possible to etch an irregularly protruding point.

도 3(b)를 보면, 듀티비가 0.9와 0.67인 경우, 평평하고 치밀한 기둥형상의 단위 구조물이 형성된 것을 확인할 수 있고, 듀티비가 0.5인 경우는 과도한 에칭으로 인해 단위 구조물이 형성되지 않는다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 3 (b), when the duty ratio is 0.9 and 0.67, it can be seen that a flat and dense columnar unit structure is formed, and when the duty ratio is 0.5, the unit structure is not formed due to excessive etching. have.

이에 따라, 전원 공급부(130)는 제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간 사이의 듀티비를 조절함으로써, 평평하고 치밀한 형태의 기둥 형상의 단위 구조물을 형성할 수 있다. 도 3(b)를 참조하였을 때, 제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간 사이의 듀티비는 0.5와 1 사이의 값으로 설정하는 것이 바람직하지만, 이는 금속 용액(112)의 재료에 따라 달라질 수 있으므로, 0.5와 1 사이의 값에 한정되지는 않는다.Accordingly, the power supply unit 130 may form a flat and dense columnar unit structure by adjusting the duty ratio between the first time interval and the second time interval. Referring to FIG. 3B, the duty ratio between the first time interval and the second time interval is preferably set to a value between 0.5 and 1, but may vary depending on the material of the metal solution 112. , Is not limited to values between 0.5 and 1.

도 4는 2V의 제 1 전압과 -0.1V의 제 2 전압이 0.9의 듀티비로 인가됨으로써 형성된 단위 구조물을 반복적으로 적층하여 형성한 구조물을 주사전자현미경으로 촬영한 도면으로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 균일하고 치밀한 형태의 구조물이 형성된 것을 확인할 수 있다.FIG. 4 is a view taken by a scanning electron microscope of a structure formed by repeatedly stacking a unit structure formed by applying a first voltage of 2V and a second voltage of −0.1V at a duty ratio of 0.9. Likewise, it can be seen that a uniform and dense structure is formed.

도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)에서 금속 용액(112)에 인가되는 제 1 시간 구간의 제 1 전압과 제 2 시간 구간의 제 2 전압을 도시하는 도면이고, 도 5(b)는 도 5(a)의 제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간 사이의 듀티비에 따른 단위 구조물의 형상을 도시하는 도면이다.FIG. 5A is a diagram illustrating a first voltage of a first time interval and a second voltage of a second time interval applied to the metal solution 112 in the 3D printing apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention. 5 (b) is a diagram illustrating the shape of the unit structure according to the duty ratio between the first time interval and the second time interval of FIG. 5 (a).

전원 공급부(130)는 메니스커스 내부의 금속 용액(112)을 상기 기판(120) 상에 도금시키는 제 1 전압과, 제 1 전압보다 작고 메니스커스 내부의 금속 용액(112)을 기판(120) 상에 도금시키는 제 2 전압을 메니스커스 내부의 금속 용액(112)으로 인가하여, 관 형상의 단위 구조물을 기판(120) 상에 형성할 수 있다.The power supply 130 may include a first voltage for plating the metal solution 112 in the meniscus on the substrate 120, and a metal solution 112 in the meniscus less than the first voltage. The second voltage to be plated on) may be applied to the metal solution 112 inside the meniscus to form a tubular unit structure on the substrate 120.

도 5(a)에 도시된 2V의 전압은 메니스커스 내부의 금속 용액(112)을 상기 기판(120) 상에 도금시키는 제 1 전압에 대응하고, 0.8V는 제 1 전압보다 작고 메니스커스 내부의 금속 용액(112)을 기판(120) 상에 도금시키는 제 2 전압에 대응한다. 그렇지만, 제 1 전압의 크기와 제 2 전압의 크기가 2V와 0.8V에 한정되는 것은 아니며, 금속 용액의 재료 등에 따라 달라질 수 있다. 메니스커스 내부의 금속 용액(112)을 상기 기판(120) 상에 도금시키는 제 1 전압과 메니스커스 내부의 금속 용액(112)을 기판(120) 상에 도금시키는 제 2 전압은 서로 동일한 극성을 가질 수 있다.The voltage of 2V shown in FIG. 5 (a) corresponds to the first voltage for plating the metal solution 112 inside the meniscus on the substrate 120, and 0.8V is less than the first voltage and the meniscus. The metal solution 112 therein corresponds to the second voltage for plating the substrate 120. However, the magnitude of the first voltage and the magnitude of the second voltage are not limited to 2V and 0.8V, and may vary depending on the material of the metal solution. The first voltage for plating the metal solution 112 inside the meniscus on the substrate 120 and the second voltage for plating the metal solution 112 inside the meniscus on the substrate 120 have the same polarity. Can have

도 5(b)에 도시된 듀티비가 1인 경우는 도 3(b)에 도시된 경우와 같으며, 듀티비가 낮을수록 단위 구조물의 형상은 관 형상을 띠게 되는데, 그 이유는 제 1 전압보다 낮은 제 2 전압의 인가로 인해 증발효과가 강하게 작용하여 메니스커스 표면에서의 금속 이온의 밀도가 높아지게 되기 때문이다. 즉, 다시 말하면, 제 1 전압이 짧게 인가되면 메니스커스의 표면에서만 도금이 빠르게 진행되고, 다시 제 2 전압이 상대적으로 긴 시간 동안 인가되면 금속 이온이 메니스커스의 표면 쪽으로 모이면서 동시에 느린 도금이 발생해 치밀하고 균일한 벽(wall)을 갖는 관 형상의 단위 구조물이 형성되는 것이다. When the duty ratio shown in FIG. 5 (b) is 1, the duty ratio is the same as that shown in FIG. 3 (b). The lower the duty ratio is, the tubular shape becomes the unit structure because the lower the first voltage is. This is because the application of the second voltage acts strongly on the evaporation effect to increase the density of metal ions on the meniscus surface. In other words, when the first voltage is applied briefly, the plating proceeds quickly only on the surface of the meniscus, and when the second voltage is applied for a relatively long time, the metal ions collect toward the surface of the meniscus and at the same time slow plating. This occurs to form a tubular unit structure having a dense and uniform wall.

전원 공급부(130)는 제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간 사이의 듀티비를 0과 1 사이의 값으로 설정함으로써, 관 형상의 단위 구조물을 형성할 수 있다. 도 5(b)를 참조하였을 때, 제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간 사이의 듀티비는 0과 0.7 사이의 값으로 설정하는 것이 바람직하지만, 이는 금속 용액(112)의 재료에 따라 달라질 수 있으므로, 0과 0.7 사이의 값에 한정되지는 않는다.The power supply unit 130 may form a tubular unit structure by setting the duty ratio between the first time interval and the second time interval to a value between 0 and 1. FIG. Referring to FIG. 5 (b), the duty ratio between the first time interval and the second time interval is preferably set to a value between 0 and 0.7, but may vary depending on the material of the metal solution 112. , Is not limited to values between 0 and 0.7.

또한, 구현예에 따라서는, 전원 공급부(130)는 제 2 시간 구간 동안에는 금속 용액(112)으로 제 2 전압을 인가하지 않을 수도 있다. 즉, 전원 공급부(130)는 금속 용액(112)을 기판(120) 상에 도금시키는 제 1 전압만을 제 1 시간 구간 동안 금속 용액(112)으로 인가함으로써 관 형상의 단위 구조물을 생성할 수 있다. 제 2 시간 구간 동안 제 2 전압을 금속 용액(112)에 인가하지 않더라도 증발효과로 인해 관 형상의 단위 구조물이 형성될 수 있는 것이다. 그러나, 이 경우에는 제 2 시간 구간 동안에도 제 2 전압을 금속 용액(112)으로 인가하는 경우에 비해 치밀하지 못하고 매끄럽지 않은 벽을 갖는 단위 구조물이 형성될 수 있다. In some embodiments, the power supply 130 may not apply the second voltage to the metal solution 112 during the second time interval. That is, the power supply 130 may generate the tubular unit structure by applying only the first voltage for plating the metal solution 112 on the substrate 120 to the metal solution 112 during the first time interval. Even if the second voltage is not applied to the metal solution 112 during the second time interval, the tubular unit structure may be formed due to the evaporation effect. However, in this case, even when the second voltage is applied to the metal solution 112 during the second time interval, a unit structure having a less dense and not smooth wall may be formed.

도 6는 2V의 제 1 전압과 0.8V의 제 2 전압이 0.4의 듀티비로 인가됨으로써 형성되는 단위 구조물을 반복적으로 적층하여 형성한 구조물을 주사전자현미경으로 촬영한 도면으로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 균일하고 치밀한 형태의 관 형상 구조물이 형성된 것을 확인할 수 있다.FIG. 6 is a view taken by a scanning electron microscope of a structure formed by repeatedly stacking a unit structure formed by applying a first voltage of 2V and a second voltage of 0.8V at a duty ratio of 0.4. Likewise, it can be seen that a tubular structure of uniform and dense form is formed.

도 7(a), 도 7(b) 및 도 7(c)는 금속 용액(112)의 메니스커스(113)를 제어하여 브릿지 형태의 구조물을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.7 (a), 7 (b) and 7 (c) are diagrams for explaining a method of generating a bridge-shaped structure by controlling the meniscus 113 of the metal solution 112.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)의 위치 제어부(140)는 프린팅 펜(110) 및 기판(120) 중 적어도 하나의 위치를 제어함으로써, 프린팅 펜(110)과 기판(120) 사이에 형성된 메니스커스(113)의 형상을 제어하여 구조물의 성장 방향을 조절할 수 있다. 이에 따라 다양한 형상의 구조물이 형성될 수 있다.As described above, the position controller 140 of the 3D printing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention controls the position of at least one of the printing pen 110 and the substrate 120, thereby printing the pen 110. The growth direction of the structure may be controlled by controlling the shape of the meniscus 113 formed between the substrate 120 and the substrate 120. Accordingly, structures of various shapes may be formed.

먼저, 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 위치 제어부(140)는 제 1 단위 구조물(710) 상에 메니스커스(113)가 형성된 경우, 프린팅 펜(110)을 도면 상에서 우측으로 이동시켜 메니스커스(113)가 우측 방향으로 형성되도록 제어한다. 다음으로, 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 위치 제어부(140)는 제 2 단위 구조물(720) 상에 형성된 메니스커스(113)가 좌측 방향으로 형성되도록 프린팅 펜(110)의 위치를 좌 측으로 이동시켜 제 1 단위 구조물(710) 상에 형성된 메니스커스(113)와 제 2 단위 구조물(710) 상에 형성된 메니스커스(113)를 결합시킨다. 그 후, 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 프린팅 펜(110)을 위 방향으로 상승시키고, 결합된 메니스커스(113) 내부의 금속 용액으로 전압을 인가하여 제 1 단위 구조물(710)과 제 2 단위 구조물(720)이 결합된 브릿지 형태의 구조물(730)을 형성한다. First, as shown in FIG. 7A, when the meniscus 113 is formed on the first unit structure 710, the position controller 140 moves the printing pen 110 to the right side in the drawing. The meniscus 113 is controlled to be formed in the right direction. Next, as shown in FIG. 7B, the position controller 140 adjusts the position of the printing pen 110 such that the meniscus 113 formed on the second unit structure 720 is formed in the left direction. The meniscus 113 formed on the first unit structure 710 and the meniscus 113 formed on the second unit structure 710 are coupled to the left side. Thereafter, as shown in FIG. 3 (c), the printing pen 110 is lifted upward, and a first unit structure 710 is applied by applying a voltage to the metal solution inside the coupled meniscus 113. And the second unit structure 720 form a bridge-shaped structure 730 combined.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)는 프린팅 펜(110) 및 기판(120) 중 적어도 하나의 위치를 제어하여 메니스커스(113)의 형상을 제어한 후, 전압을 인가함으로써, 사용자가 원하는 다양한 형상의 구조물을 정확하게 생성할 수 있다.That is, the 3D printing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention controls the shape of the meniscus 113 by controlling the position of at least one of the printing pen 110 and the substrate 120, and then the voltage is increased. By applying it, it is possible to accurately create structures of various shapes desired by the user.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 방법의 순서를 도시하는 순서도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 방법은 도 1에 도시된 3D 프린팅 장치(100)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1에 도시된 3D 프린팅 장치(100)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 8의 3D 프린팅 방법에도 적용됨을 알 수 있다.8 is a flowchart illustrating a procedure of a 3D printing method according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the 3D printing method according to another exemplary embodiment of the present invention includes steps that are processed in time series in the 3D printing apparatus 100 illustrated in FIG. 1. Therefore, even if omitted below, the contents described above with respect to the 3D printing apparatus 100 shown in FIG. 1 may be applied to the 3D printing method of FIG. 8.

S810 단계에서, 3D 프린팅 장치(100)는 전단부에 노즐을 구비한 프린팅 펜(110)의 내부에 적재된 금속 용액(112)을 기판(120)으로 배출한다.In operation S810, the 3D printing apparatus 100 discharges the metal solution 112 loaded in the printing pen 110 having the nozzle at the front end to the substrate 120.

S820 단계에서, 3D 프린팅 장치(100)는 프린팅 펜(110)과 기판(120) 사이에 금속 용액(112)의 메니스커스(meniscus)를 형성한다. 3D 프린팅 장치(100)는 메니스커스의 형성 여부를 메니스커스 형성 시 발생하는 전압 혹은 전류변화의 측정과 광학시스템을 이용한 모니터링 방식을 이용하여 판단할 수 있다.In operation S820, the 3D printing apparatus 100 forms a meniscus of the metal solution 112 between the printing pen 110 and the substrate 120. The 3D printing apparatus 100 may determine whether the meniscus is formed by measuring a voltage or current change generated when the meniscus is formed and using a monitoring method using an optical system.

S830 단계에서, 3D 프린팅 장치(100)는 프린팅 펜(110)의 내부에 위치되어 금속 용액(112)과 접점을 갖는 금속 전극(114)을 제 1 전극, 기판(120)을 제 2 전극으로 하여 메니스커스 내부의 금속 용액(112)으로 소정 전압을 인가함으로써, 메니스커스 내부의 금속 용액(112)을 기판(120) 상에 도금시킬 수 있다. 3D 프린팅 장치(100)는 소정 듀티비의 제 1 전압과 제 2 전압을 금속 용액(112)으로 인가하여 단위 구조물의 형상을 제어할 수 있는데, 이에 대해서는 전술하였는바, 상세한 설명을 생략한다.In operation S830, the 3D printing apparatus 100 is positioned inside the printing pen 110 and has a metal electrode 114 having a contact with the metal solution 112 as the first electrode and the substrate 120 as the second electrode. By applying a predetermined voltage to the metal solution 112 in the meniscus, the metal solution 112 in the meniscus can be plated on the substrate 120. The 3D printing apparatus 100 may control the shape of the unit structure by applying the first voltage and the second voltage having a predetermined duty ratio to the metal solution 112, which has been described above, and thus a detailed description thereof will be omitted.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. You will understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

100: 3D 프린팅 장치
110: 프린팅 펜
114: 금속 전극
120: 기판
130: 전원 공급부
140: 위치 제어부
142: CCD 카메라
100: 3D printing device
110: printing pen
114: metal electrode
120: substrate
130: power supply
140: position control unit
142: CCD camera

Claims (19)

전단부에 노즐을 구비하고, 내부에 적재된 금속 용액을 상기 노즐을 통해 기판으로 배출하는 프린팅 펜; 및
상기 노즐에서 배출된 금속 용액에 의하여 상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이를 연결하는 상기 금속 용액의 메니스커스(meniscus)가 형성된 경우, 상기 내부에 적재된 금속 용액과 접점을 갖는 금속 전극을 제 1 전극, 상기 기판을 제 2 전극으로 하여 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 전압을 인가함으로써, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 전원 공급부를 포함하되,
상기 전원 공급부는,
상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 전압의 크기를 변경하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
A printing pen having a nozzle at a front end and discharging a metal solution loaded therein to the substrate through the nozzle; And
When a meniscus of the metal solution connecting the printing pen and the substrate is formed by the metal solution discharged from the nozzle, a metal electrode having a contact with the metal solution loaded therein is provided as a first electrode. And a power supply unit for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate by applying a voltage to the metal solution inside the meniscus using the substrate as the second electrode.
The power supply unit,
3D printing apparatus, characterized in that for controlling the shape of the unit structure of the metal solution plated on the substrate by changing the magnitude of the voltage applied to the metal solution inside the meniscus.
제1항에 있어서,
상기 전원 공급부는,
제 1 시간 구간 동안 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 제 1 전압과 제 2 시간 구간 동안 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 제 2 전압 각각의 크기를 조절하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
The method of claim 1,
The power supply unit,
The first voltage applied to the metal solution inside the meniscus during the first time interval and the second voltage applied to the metal solution inside the meniscus during the second time interval is adjusted to the plating on the substrate 3D printing apparatus, characterized in that for controlling the shape of the unit structure of the metal solution.
전단부에 노즐을 구비하고, 내부에 적재된 금속 용액을 상기 노즐을 통해 기판으로 배출하는 프린팅 펜; 및
상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이에 상기 금속 용액의 메니스커스(meniscus)가 형성된 경우, 상기 내부에 적재된 금속 용액과 접점을 갖는 금속 전극을 제 1 전극, 상기 기판을 제 2 전극으로 하여 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 전압을 인가함으로써, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 전원 공급부를 포함하되,
상기 전원 공급부는,
상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 전압의 크기를 변경하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하고,
상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압과, 상기 기판 상에 도금된 금속 용액을 에칭(etching)시키는 제 2 전압을 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가하여, 기둥 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
A printing pen having a nozzle at a front end and discharging a metal solution loaded therein to the substrate through the nozzle; And
When a meniscus of the metal solution is formed between the printing pen and the substrate, the metal electrode having a contact with the metal solution loaded therein is a first electrode and the substrate is a second electrode. Including a power supply for plating a metal solution in the meniscus on the substrate by applying a voltage to the metal solution inside the varnish,
The power supply unit,
By changing the magnitude of the voltage applied to the metal solution inside the meniscus to control the shape of the unit structure of the metal solution plated on the substrate,
A first voltage for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate and a second voltage for etching the metal solution plated on the substrate are applied to the metal solution inside the meniscus, 3D printing apparatus, characterized in that to form a columnar unit structure on the substrate.
전단부에 노즐을 구비하고, 내부에 적재된 금속 용액을 상기 노즐을 통해 기판으로 배출하는 프린팅 펜; 및
상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이에 상기 금속 용액의 메니스커스(meniscus)가 형성된 경우, 상기 내부에 적재된 금속 용액과 접점을 갖는 금속 전극을 제 1 전극, 상기 기판을 제 2 전극으로 하여 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 전압을 인가함으로써, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 전원 공급부를 포함하되,
상기 전원 공급부는,
상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 전압의 크기를 변경하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하고,
제1 시간 구간 동안 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압을 상기 금속 용액으로 인가하고, 제 2 시간 구간 동안에는 상기 금속 용액으로 전압을 인가하지 않음으로써, 관 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
A printing pen having a nozzle at a front end and discharging a metal solution loaded therein to the substrate through the nozzle; And
When a meniscus of the metal solution is formed between the printing pen and the substrate, the metal electrode having a contact with the metal solution loaded therein is a first electrode and the substrate is a second electrode. Including a power supply for plating a metal solution in the meniscus on the substrate by applying a voltage to the metal solution inside the varnish,
The power supply unit,
By changing the magnitude of the voltage applied to the metal solution inside the meniscus to control the shape of the unit structure of the metal solution plated on the substrate,
By applying a first voltage for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate during the first time interval to the metal solution, and not applying a voltage to the metal solution during the second time interval, 3D printing apparatus, characterized in that to form a unit structure on the substrate.
전단부에 노즐을 구비하고, 내부에 적재된 금속 용액을 상기 노즐을 통해 기판으로 배출하는 프린팅 펜; 및
상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이에 상기 금속 용액의 메니스커스(meniscus)가 형성된 경우, 상기 내부에 적재된 금속 용액과 접점을 갖는 금속 전극을 제 1 전극, 상기 기판을 제 2 전극으로 하여 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 전압을 인가함으로써, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 전원 공급부를 포함하되,
상기 전원 공급부는,
상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 전압의 크기를 변경하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하고,
상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압과, 상기 제 1 전압보다 작고 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 2 전압을 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가하여, 관 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
A printing pen having a nozzle at a front end and discharging a metal solution loaded therein to the substrate through the nozzle; And
When a meniscus of the metal solution is formed between the printing pen and the substrate, the metal electrode having a contact with the metal solution loaded therein is a first electrode and the substrate is a second electrode. Including a power supply for plating a metal solution in the meniscus on the substrate by applying a voltage to the metal solution inside the varnish,
The power supply unit,
By changing the magnitude of the voltage applied to the metal solution inside the meniscus to control the shape of the unit structure of the metal solution plated on the substrate,
A first voltage for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate, and a second voltage less than the first voltage and for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate. 3D printing apparatus, characterized in that to form a tubular unit structure on the substrate by applying a metal solution.
전단부에 노즐을 구비하고, 내부에 적재된 금속 용액을 상기 노즐을 통해 기판으로 배출하는 프린팅 펜; 및
상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이에 상기 금속 용액의 메니스커스(meniscus)가 형성된 경우, 상기 내부에 적재된 금속 용액과 접점을 갖는 금속 전극을 제 1 전극, 상기 기판을 제 2 전극으로 하여 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 전압을 인가함으로써, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 전원 공급부를 포함하되,
상기 전원 공급부는,
제 1 시간 구간 동안 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 제 1 전압과 제 2 시간 구간 동안 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 제 2 전압 각각의 크기를 조절하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 것으로,
상기 제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간 사이의 듀티비를 더 조절하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하되,
상기 듀티비는,

[수학식]
(제 1 시간 구간-제 2 시간 구간) / 제 1 시간 구간

상기 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
A printing pen having a nozzle at a front end and discharging a metal solution loaded therein to the substrate through the nozzle; And
When a meniscus of the metal solution is formed between the printing pen and the substrate, the metal electrode having a contact with the metal solution loaded therein is a first electrode and the substrate is a second electrode. Including a power supply for plating a metal solution in the meniscus on the substrate by applying a voltage to the metal solution inside the varnish,
The power supply unit,
The first voltage applied to the metal solution inside the meniscus during the first time interval and the second voltage applied to the metal solution inside the meniscus during the second time interval is adjusted to the plating on the substrate By controlling the shape of the unit structure of the metal solution to be
By controlling the duty ratio between the first time interval and the second time interval to control the shape of the unit structure of the metal solution plated on the substrate,
The duty ratio is,

[Equation]
(1st time interval-2nd time interval) / 1st time interval

3D printing apparatus, characterized in that determined by the equation.
제6항에 있어서,
상기 전원 공급부는,
상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압과, 상기 기판 상에 도금된 금속 용액을 에칭(etching)시키는 제 2 전압을 0과 1 사이의 듀티비로 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가하여, 기둥 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
The method of claim 6,
The power supply unit,
The first voltage for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate and the second voltage for etching the metal solution plated on the substrate with a duty ratio between 0 and 1 inside the meniscus. 3D printing apparatus, characterized in that to form a columnar unit structure on the substrate by applying a metal solution.
제6항에 있어서,
상기 전원 공급부는,
상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압과, 상기 제 1 전압보다 작고 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 2 전압을 0과 1 사이의 듀티비로 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가하여, 관 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
The method of claim 6,
The power supply unit,
A first voltage for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate and a second voltage less than the first voltage and for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate between 0 and 1. 3D printing apparatus, characterized in that to form a tubular unit structure on the substrate by applying a duty ratio to the metal solution inside the meniscus.
제1항에 있어서,
상기 3D 프린팅 장치는,
상기 프린팅 펜 및 상기 기판 중 적어도 하나의 위치를 제어하는 위치 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
The method of claim 1,
The 3D printing device,
3D printing apparatus further comprising a position control unit for controlling the position of at least one of the printing pen and the substrate.
제9항에 있어서,
상기 위치 제어부는,
상기 프린팅 펜 및 상기 기판 중 적어도 하나의 위치를 제어함으로써, 상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이에 형성된 메니스커스의 형상을 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
The method of claim 9,
The position control unit,
And controlling the position of at least one of the printing pen and the substrate to control the shape of the meniscus formed between the printing pen and the substrate.
전단부에 노즐을 구비한 프린팅 펜의 내부에 적재된 금속 용액을 기판으로 배출하는 단계;
상기 노즐에서 배출된 금속 용액에 의하여 상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이를 연결하는 상기 금속 용액의 메니스커스(meniscus)가 형성된 경우, 상기 내부에 적재된 금속 용액과 접점을 갖는 금속 전극을 제 1 전극, 상기 기판을 제 2 전극으로 하여 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 전압을 인가함으로써, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 단계; 및
상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 전압의 크기를 변경하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
Discharging the metal solution loaded in the printing pen having the nozzle at the front end to the substrate;
When a meniscus of the metal solution connecting the printing pen and the substrate is formed by the metal solution discharged from the nozzle, a metal electrode having a contact with the metal solution loaded therein is provided as a first electrode. Plating the metal solution inside the meniscus on the substrate by applying a voltage to the metal solution inside the meniscus using the substrate as a second electrode; And
And controlling the shape of the unit structure of the metal solution plated on the substrate by changing the magnitude of the voltage applied to the metal solution inside the meniscus.
제11항에 있어서,
상기 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 단계는,
제 1 시간 구간 동안 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 제 1 전압과 제 2 시간 구간 동안 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 제 2 전압 각각의 크기를 조절하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
The method of claim 11,
Controlling the shape of the unit structure of the metal solution,
The first voltage applied to the metal solution inside the meniscus during the first time interval and the second voltage applied to the metal solution inside the meniscus during the second time interval is adjusted to the plating on the substrate 3D printing method, characterized in that for controlling the shape of the unit structure of the metal solution.
전단부에 노즐을 구비한 프린팅 펜의 내부에 적재된 금속 용액을 기판으로 배출하는 단계;
상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이에 상기 금속 용액의 메니스커스(meniscus)가 형성된 경우, 상기 내부에 적재된 금속 용액과 접점을 갖는 금속 전극을 제 1 전극, 상기 기판을 제 2 전극으로 하여 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 전압을 인가함으로써, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 단계; 및
상기 매니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 전압의 크기를 변경하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 단계를 포함하는 것으로,
상기 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 단계는,
상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압과, 상기 기판 상에 도금된 금속 용액을 에칭(etching)시키는 제 2 전압을 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가하여, 기둥 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
Discharging the metal solution loaded in the printing pen having the nozzle at the front end to the substrate;
When a meniscus of the metal solution is formed between the printing pen and the substrate, the metal electrode having a contact with the metal solution loaded therein is a first electrode and the substrate is a second electrode. Plating a metal solution inside the meniscus onto the substrate by applying a voltage to the metal solution inside the varnish; And
And controlling the shape of the unit structure of the metal solution plated on the substrate by changing the magnitude of the voltage applied to the metal solution inside the meniscus.
Controlling the shape of the unit structure of the metal solution,
A first voltage for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate and a second voltage for etching the metal solution plated on the substrate are applied to the metal solution inside the meniscus, Forming a columnar unit structure on the substrate 3D printing method comprising the.
전단부에 노즐을 구비한 프린팅 펜의 내부에 적재된 금속 용액을 기판으로 배출하는 단계;
상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이에 상기 금속 용액의 메니스커스(meniscus)가 형성된 경우, 상기 내부에 적재된 금속 용액과 접점을 갖는 금속 전극을 제 1 전극, 상기 기판을 제 2 전극으로 하여 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 전압을 인가함으로써, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 단계; 및
상기 매니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 전압의 크기를 변경하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 단계를 포함하는 것으로,
상기 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 단계는,
제1 시간 구간 동안에는 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압을 상기 금속 용액으로 인가하고, 제 2 시간 구간 동안에는 상기 금속 용액으로 전압을 인가하지 않음으로써, 관 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
Discharging the metal solution loaded in the printing pen having the nozzle at the front end to the substrate;
When a meniscus of the metal solution is formed between the printing pen and the substrate, the metal electrode having a contact with the metal solution loaded therein is a first electrode and the substrate is a second electrode. Plating a metal solution inside the meniscus onto the substrate by applying a voltage to the metal solution inside the varnish; And
And controlling the shape of the unit structure of the metal solution plated on the substrate by changing the magnitude of the voltage applied to the metal solution inside the meniscus.
Controlling the shape of the unit structure of the metal solution,
During the first time interval, a first voltage for plating the metal solution inside the meniscus onto the substrate is applied to the metal solution, and the second voltage is not applied to the metal solution during the second time interval. 3D printing method comprising the step of forming a unit structure on the substrate.
전단부에 노즐을 구비한 프린팅 펜의 내부에 적재된 금속 용액을 기판으로 배출하는 단계;
상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이에 상기 금속 용액의 메니스커스(meniscus)가 형성된 경우, 상기 내부에 적재된 금속 용액과 접점을 갖는 금속 전극을 제 1 전극, 상기 기판을 제 2 전극으로 하여 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 전압을 인가함으로써, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 단계; 및
상기 매니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 전압의 크기를 변경하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 단계를 포함하는 것으로,
상기 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 단계는,
상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압과, 상기 제 1 전압보다 작고 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 2 전압을 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가하여, 관 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
Discharging the metal solution loaded in the printing pen having the nozzle at the front end to the substrate;
When a meniscus of the metal solution is formed between the printing pen and the substrate, the metal electrode having a contact with the metal solution loaded therein is a first electrode and the substrate is a second electrode. Plating a metal solution inside the meniscus onto the substrate by applying a voltage to the metal solution inside the varnish; And
And controlling the shape of the unit structure of the metal solution plated on the substrate by changing the magnitude of the voltage applied to the metal solution inside the meniscus.
Controlling the shape of the unit structure of the metal solution,
A first voltage for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate, and a second voltage less than the first voltage and for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate. Applying a metal solution to form a tubular unit structure on the substrate.
전단부에 노즐을 구비한 프린팅 펜의 내부에 적재된 금속 용액을 기판으로 배출하는 단계;
상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이에 상기 금속 용액의 메니스커스(meniscus)가 형성된 경우, 상기 내부에 적재된 금속 용액과 접점을 갖는 금속 전극을 제 1 전극, 상기 기판을 제 2 전극으로 하여 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 전압을 인가함으로써, 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 단계; 및
상기 매니스커스 내부의 금속 용액으로 인가되는 전압의 크기를 변경하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 단계를 포함하는 것으로,
상기 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 단계는,
상기 제 1 시간 구간과 제 2 시간 구간 사이의 듀티비를 더 조절하여 상기 기판 상에 도금되는 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 단계를 포함하되,
상기 듀티비는,

[수학식]
(제 1 시간 구간-제 2 시간 구간) / 제 1 시간 구간

상기 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
Discharging the metal solution loaded in the printing pen having the nozzle at the front end to the substrate;
When a meniscus of the metal solution is formed between the printing pen and the substrate, the metal electrode having a contact with the metal solution loaded therein is a first electrode and the substrate is a second electrode. Plating a metal solution inside the meniscus onto the substrate by applying a voltage to the metal solution inside the varnish; And
And controlling the shape of the unit structure of the metal solution plated on the substrate by changing the magnitude of the voltage applied to the metal solution inside the meniscus.
Controlling the shape of the unit structure of the metal solution,
And controlling the shape of the unit structure of the metal solution plated on the substrate by further adjusting the duty ratio between the first time interval and the second time interval.
The duty ratio is,

[Equation]
(1st time interval-2nd time interval) / 1st time interval

3D printing method characterized in that determined by the equation.
제16항에 있어서,
상기 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 단계는,
상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압과, 상기 기판 상에 도금된 금속 용액을 에칭(etching)시키는 제 2 전압을 0과 1 사이의 듀티비로 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가하여, 기둥 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
The method of claim 16,
Controlling the shape of the unit structure of the metal solution,
The first voltage for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate and the second voltage for etching the metal solution plated on the substrate with a duty ratio between 0 and 1 inside the meniscus. Applying a metal solution to form a columnar unit structure on the substrate.
제16항에 있어서,
상기 금속 용액의 단위 구조물의 형상을 제어하는 단계는,
상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 1 전압과, 상기 제 1 전압보다 작고 상기 메니스커스 내부의 금속 용액을 상기 기판 상에 도금시키는 제 2 전압을 0과 1 사이의 듀티비로 상기 메니스커스 내부의 금속 용액으로 인가하여, 관 형상의 단위 구조물을 상기 기판 상에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
The method of claim 16,
Controlling the shape of the unit structure of the metal solution,
A first voltage for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate and a second voltage less than the first voltage and for plating the metal solution inside the meniscus on the substrate between 0 and 1. And applying a duty ratio to the metal solution inside the meniscus, thereby forming a tubular unit structure on the substrate.
제11항에 있어서,
상기 3D 프린팅 방법은,
상기 프린팅 펜 및 상기 기판 중 적어도 하나의 위치를 제어하여, 상기 프린팅 펜과 상기 기판 사이에 형성된 메니스커스의 형상을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
The method of claim 11,
The 3D printing method,
And controlling the position of at least one of the printing pen and the substrate to control the shape of the meniscus formed between the printing pen and the substrate.
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