KR102157886B1 - 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치 - Google Patents

와이어를 이용한 전자소자 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 입체 구조 제작을 위하여 실린더의 노즐부를 통해 성형재료와 와이어를 동시에 토출함으로써 성형재료의 토출 제어를 용이하게 수행할 수 있고 노즐부의 막힘 현상을 방지할 수 있는 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 성형재료가 수용되는 실린더와, 상기 실린더의 끝단에 형성되는 노즐부와, 상기 실린더에 상기 성형재료를 공급하는 성형재료 공급부와, 상기 실린더를 가열하여 상기 성형재료를 용융시키는 히터유닛과, 상기 실린더 내부로 와이어를 공급하는 와이어 공급부와, 상기 실린더 내부에 위치하는 와이어를 상기 노즐부를 통해 상기 실린더 외부로 토출시켜 회수하는 와이어 회수부를 포함하는 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치를 제공한다.

Description

와이어를 이용한 전자소자 제조 장치{Electronic device printing system using wire}
본 발명은 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3차원 입체 구조 제작을 위하여 실린더의 노즐부를 통해 성형재료와 와이어를 동시에 토출함으로써 성형재료의 토출 제어를 용이하게 수행할 수 있고 노즐부의 막힘 현상을 방지할 수 있는 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 3D 프린팅 기술은 청사진, 도면 등의 2D 평면 인쇄와 달리 입체적으로 형상을 구현 및 복제하는 기술이며, 불과 수시간 정도의 짧은 시간에 제품 모습을 그대로 제작해 낼 수 있어 산업 전반에 걸쳐 기획부터 제품 생산에 이르기까지 많은 변화를 야기했다.
3D 프린팅 기술은 기존에 사용하던 평면 프린팅 방식을 개선하여 출력물을 단계별로 쌓아 실제 모양을 만들어 내게 되며, 의료산업에서는 치아 모형, 수술 전 모의수술 실험용 형상 등에 사용되고 있고, 건설산업에서는 소형 건축물 및 실시간 건축 디자인 형상 제작에 실제로 적용되고 있다.
또한, 3차원 프린팅 기술은 이미 제작된 형상물을 복제하거나, 3차원 컴퓨터 지원 설계(CAD)를 이용해 만든 형상을 실물로 제작함으로써 설계 오차를 줄이고 리버스 엔지니어링(완성된 제품을 상세히 분석해 기본적인 설계내용을 추적) 설계가 이루어질 수 있도록 해주고 있다.
이와 같은 일을 가능케 하는 3차원 프린터는 물건을 찍어내는 실물 복제기로서, 물체를 3차원으로 설계해 컴퓨터 파일을 CAD 방식으로 만든 후 3D 프린터에 구비되는 실린더에서 가압부재를 통해 액체형 플라스틱 또는 용융된 금속 파우더 등을 분사하여 설계 모양대로 제품을 형성하며, 하나의 3D 프린터에 여러 종류의 성형재료가 분사될 수 있는 시스템을 구축함으로써 복합재료로 구성되는 제품 또한 제작할 수 있게 된다.
그러나 3차원 프린터에서 성형재료를 액체상태로 분사하여 제품을 제작하는 경우 성형재료의 점성 및 구성 성분에 따라 실린더의 노즐부이 막히거나 버징이 발생하고, 이로 인하여 성형재료의 토출 정밀도가 하락하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1713111호 (발명의 명칭: 삼차원 물체 제조용 와이어 공급장치, 공고일: 2017년 02월 28일)
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 3차원 입체 구조 제작을 위하여 실린더의 노즐부를 통해 성형재료와 와이어를 동시에 토출함으로써 성형재료의 토출 제어를 용이하게 수행할 수 있고 노즐부의 막힘 현상을 방지할 수 있는 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 성형재료가 수용되는 실린더와, 상기 실린더의 끝단에 형성되는 노즐부와, 상기 실린더에 상기 성형재료를 공급하는 성형재료 공급부와, 상기 실린더를 가열하여 상기 성형재료를 용융시키는 히터유닛과, 상기 실린더 내부로 와이어를 공급하는 와이어 공급부와, 상기 실린더 내부에 위치하는 와이어를 상기 노즐부를 통해 상기 실린더 외부로 토출시켜 회수하는 와이어 회수부를 포함하는 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치에 있어서, 상기 실린더 외부로 압출된 상기 성형재료를 가공하는 레이저부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치에 있어서, 상기 노즐부로부터 토출되는 상기 와이어를 절단하는 와이어 절단부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치에 있어서, 상기 실린더 내부에 배치되어 상기 성형재료를 상기 노즐부의 외부로 압출하는 가압부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치에 있어서, 상기 와이어 절단부가 상기 와이어를 절단한 경우, 상기 와이어는 상기 성형재료와 함께 상기 실린더의 외부로 토출될 수 있다.
본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치에 있어서, 상기 실린더에 금속 분말을 공급하는 금속 분말 공급부를 더 포함하며, 상기 노즐부로부터 상기 와이어, 상기 성형재료 및 상기 금속 분말이 동시에 토출될 수 있다.
본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치에 있어서, 상기 실린더 내부에 배치되며, 상기 성형재료와 상기 금속 분말을 균일하게 혼합하는 믹서부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 실린더의 노즐부를 통해 성형재료와 와이어를 동시에 토출함으로써 성형재료의 토출 제어를 용이하게 수행할 수 있고 노즐부의 막힘 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 레이저부를 구성하여 레이저부가 적층부에 적층된 성형재료의 표면을 순간적으로 녹이고, 굳히는 가공을 수행함으로써 프린팅 결과물의 표면을 매끄럽게 형성할 수 있게 되는 이점이 있다.
셋째, 절단부를 포함하여 노즐부로부터 토출되는 와이어가 성형재료와 함께 적층부에 적층될 수 있도록 함으로써 와이어가 전기 배선의 역할을 수행할 수 있게 되는 이점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치의 제1 실시예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치의 제2 실시예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치의 제3 실시예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치의 제4 실시예를 간략하게 도시한 도면이다.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치의 제1 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치는 성형재료 공급부(150), 실린더(110), 히터유닛(160), 가압부재(110a), 와이어 공급부(121), 와이어 회수부(122) 및 적층 스테이지(140)를 포함한다.
상기 성형재료 공급부(150)는 후술하는 실린더(110)로 성형재료(S)를 공급하며, 성형재료(S)의 재질로는 금속, 폴리머, 광경화수지를 포함하며, 제작하고자 하는 형상 및 목적에 따라 성형재료(S)를 선택할 수 있다.
상기 성형재료 공급부(150)는 공압으로 작동되는 피스톤(미도시) 또는 스크류에 의하여 파우더 형태 또는 젤 형태의 성형재료(S)를 상기 실린더(110)로 공급한다.
상기 성형재료 공급부(150)와 상기 실린더(110) 사이에는 상기 성형재료(S)를 이송하는 이송관(미도시)이 배치될 수 있으며, 또한 상기 성형재료 공급부(150)와 상기 이송관에는 상기 성형재료(S)가 굳거나 변형되는 것을 방지하기 위하여 가열부(미도시)가 배치될 수 있다.
상기 실린더(110)는 상기 성형재료 공급부(150)로부터 상기 성형재료(S)를 공급받아 수용하며, 상기 실린더(110) 하부 끝단에는 상기 성형재료(S)가 분사되는 노즐부(111)가 형성되어 있다.
상기 실린더(110)는 일반적으로 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있으며, 상기 실린더(110)의 재질은 이 외의 열전도율이 높은 재질로도 구성될 수 있고, 상기 실린더(110)는 길이방향으로 각각 열전도율이 다른 2개 이상의 재질로 이루어질 수도 있다.
상기 히터유닛(160)은 상기 실린더(110)의 내측 또는 외측에 배치되어 상기 실린더(110)를 가열함으로써 상기 실린더(110) 내부에 수용된 성형재료(S)가 상기 노즐부(111)를 통해 액체상태로 용이하게 분사될 수 있도록 성형재료(S)를 전체적으로 고르게 용융시킨다.
상기 가압부재(110a)는 상기 실린더(110) 내부에 배치되며, 공압을 이용하여 상기 실린더(110) 내부에 수용되어 용융된 성형재료(S)가 상기 노즐부(111)를 따라 분사될 수 있도록 상기 성형재료(S)를 압출한다.
상기 가압부재(110a)는 용융된 성형재료(S)를 분사할 수 있도록 피스톤 형태일 수도 있고, 나사형태의 스크류일 수도 있다.
상기 와이어 공급부(121)는 상기 실린더(110) 내부로 와이어(W)를 공급한다. 즉, 상기 와이어 공급부(121)에는 와이어(W)가 권취되어 있으며, 상기 와이어 공급부(121)가 회전하여 권취되어 있던 와이어(W)가 풀리면서 상기 실린더(110) 내부로 공급될 수 있다.
상기 와이어 회수부(122)는 상기 실린더(110) 내부에 위치하는 와이어(W)를 상기 노즐부(111)를 통해 상기 실린더(110) 외부로 토출시켜 상기 적층 스테이지(140)에 적층되지 않도록 회수한다. 즉, 상기 와이어 회수부(122)가 회전하여 와이어(W)를 권취함으로써 상기 노즐부(111)로부터 토출되는 방향의 반대방향으로 상기 와이어(W)를 회수한다.
이때, 상기 와이어(W)는 탄소섬유, 합금, 금속 및 플라스틱 재질로 구성되며, 상기 성형재료(S)를 용융시키기 위한 상기 히터유닛(160)의 가열 온도에 영향을 받지 않는 녹는점을 가지고, 이로 인하여, 상기 와이어(W)가 상기 실린더(110) 내부로 공급되어 상기 노즐부(111)로 토출되어도 형상을 유지하며 회수될 수 있도록 한다.
보다 효율적인 성형재료(S)의 토출을 위하여 상기 와이어(W)의 직경 및 단면 형상은 상기 노즐부(111)의 직경 및 단면형상을 고려하여 제작될 수도 있다.
또한, 상기 와이어(W)의 표면은 친수성(hydrophilic), 소수성(hydrophobic), 친유성(oleophilic) 또는 소유성(hydrophobic)을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 와이어(W) 표면이 친수성 또는 친유성을 가지는 경우, 용융된 상기 성형재료(S)는 상기 와이어(W)의 표면에 부착이 잘 이루어지게 되므로, 상기 성형재료(S)의 토출이 보다 용이해질 수 있다.
또는, 상기 와이어(W) 표면이 소수성이나 소유성을 가지는 경우, 용융된 상기 성형재료(S)와 상기 와이어(W)의 부착이 잘 이루어지지 않게 되므로, 상기 노즐부(111)로부터 토출되는 상기 성형재료(S)가 손실없이 상기 적층 스테이지(140)에 적층될 수 있게 된다.
상기 와이어(W) 표면의 특성은 상기 성형재료(S)의 특성에 따라 선택적으로 결정할 수 있다.
상기 와이어(W)는 상술한 설명에 한정되지 아니하고, 컨베이어 벨트와 같이 폐회로 형상으로 구성되어 회전함으로써 상기 실린더(110)로 공급되고, 상기 노즐부(111)로부터 토출되어 상기 성형재료(S)의 토출을 도울 수 있으며, 이때 상기 와이어 공급부(121)와 와이어 회수부(122)는 일체로 구성될 수 있다.
상기 적층 스테이지(140)는 상기 노즐부(111)로부터 토출되는 상기 성형재료(S)가 적층되며, 상기 적층 스테이지(140)는 적층 스테이지 구동부(미도시)에 의하여 상하좌우로 이동함으로써 상기 성형재료(S)가 적층되는 위치를 조절함으로써 상기 적층 스테이지(140)에 3차원 입체 구조가 제작될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 이동 스테이지(130) 및 실린더 고정부(131)를 더 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 이동 스테이지(130)에는 상기 와이어 공급부(121), 상기 와이어 회수부(122) 및 상기 실린더(110)가 고정되며, 별도의 이동 스테이지 구동부(미도시)에 의하여 상기 이동 스테이지(130)가 이동하여 상기 와이어 공급부(121), 상기 와이어 회수부(122) 및 상기 실린더(110)가 상하좌우로 이동시킴으로써 제작하고자 하는 3차원 입체 구조에 따라 상기 성형재료(S)가 상기 적층 스테이지(140)에 적층되는 위치를 조절할 수 있다. 이때, 상기 적층 스테이지(140)는 고정된다.
상기 실린더 고정부(131)는 상기 실린더(110)를 상기 이동 스테이지(130)에 고정시킨다. 물론, 상기 실린더(110), 상기 와이어 공급부(121), 상기 와이어 회수부(122)는 일체형으로 구성될 수도 있고, 탈부착형으로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치에서 상기 노즐부(111)로부터 상기 성형재료(S)와 상기 와이어(W)가 동시에 토출됨으로써 상기 성형재료(S)의 상태에 따라 실린더(110)의 노즐부(111)가 막히거나 버징이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 이로 인하여 성형재료(S)의 토출 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
즉, 상기 와이어(W)가 토출될 때, 상기 와이어(W)의 외주면에 상기 성형재료(S)가 임시 코팅되는 형태로 상기 와이어(W)와 함께 상기 노즐부로부터 토출되고, 상기 와이어(W)가 상기 적층 스테이지(140)에 접촉함으로써 상기 와이어(W)의 외주면에 코팅되어 있던 상기 성형재료(S)가 상기 적층 스테이지(140)에 적층된다. 이때, 상기 와이어(W)는 상기 성형재료(S)를 상기 적층 스테이지(140)에 적층 후 상기 와이어 회수부(122)로 회수된다.
도 3을 참조하여 본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치의 제2 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치의 상기 실린더(210)에 상기 와이어(W)가 공급되어 상기 성형재료(S)와 동시에 토출되고, 상기 성형재료(S)가 상기 적층 스테이지(240)에 적층되어 3차원 입체구조를 제작하는 내용은 상술한 제1 실시예와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다만, 본 실시예에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치는 레이저부(270)를 더 포함한다.
상기 레이저부(270)는 상기 적층 스테이지(240)에 적층된 상기 성형재료(S)를 가공하며, 상기 레이저부(270)가 상기 성형재료(S)를 조사하는 광원의 조도를 조절하여 상기 성형재료(S)를 가공함으로써 3차원 입체구조의 표면을 매끄럽게 형성할 수 있게 된다.
즉, 상기 레이저부(270)가 상기 적층 스테이지(240)에 적층된 상기 성형재료(S)의 표면을 순간적으로 녹이고, 굳히는 가공을 수행함으로써 프린팅 결과물의 표면을 매끄럽게 형성할 수 있게 된다.
도 4 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치의 제3 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치의 상기 실린더(310)에 상기 와이어(W)가 공급되어 상기 성형재료(S)와 동시에 토출되고, 상기 성형재료(S)가 상기 적층 스테이지(340)에 적층되어 3차원 입체구조를 제작하는 내용은 상술한 제1 실시예와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다만, 본 실시예에에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치는 와이어 절단부(380)를 더 포함한다.
상기 와이어 절단부(380)는 상기 노즐부(311)로부터 토출되는 상기 와이어(W)를 절단하여, 상기 와이어(W)가 상기 성형재료(S)와 함께 상기 적층 스테이지(340)로 적층될 수 있도록 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 와이어 절단부(380)가 상기 와이어(W)를 절단한 경우, 상기 와이어 회수부(322)의 구동은 정지되고, 상기 와이어(W)는 상기 성형재료(S)와 함께 상기 적층 스테이지(340)에 적층된다.
이때, 상기 와이어(W)는 형상을 그대로 유지한 상태로 상기 적층 스테이지(340)에 적층되며, 상기 적층 스테이지(340)에 적층된 상기 와이어(W)는 3차원 입체구조에서 전기 배선 등으로 활용될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 와이어(W)는 상기 적층 스테이지(340)에 적층되어 전기 배선으로 사용되므로, 전기 전도도가 높은 금속 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 적층 스테이지(340)에 상기 와이어(W)의 적층이 완료된 후에는 상기 와이어 절단부(380)가 상기 와이어(W)를 절단하여 상기 성형재료(S)와 분리하고, 이후 상기 와이어(W)는 상기 와이어 회수부(322)에 다시 연결되어 이동하게 된다.
도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치의 제4 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치의 상기 실린더(410)에 상기 와이어(W)가 공급되어 상기 성형재료(S)와 동시에 토출되고, 상기 성형재료(S)가 상기 적층 스테이지(440)에 적층되어 3차원 입체구조를 제작하는 내용은 상술한 제1 실시예와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다만, 본 실시예에 따른 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치는 금속 분말 공급부(490) 및 믹서부(495)를 더 포함한다.
상기 금속 분말 공급부(490)는 상기 실린더(410)에 금속 분말(P)을 공급하며, 상기 금속 분말(P)은 상기 성형재료(S)가 상기 노즐부(411)로부터 토출될 때 동시에 토출되어 상기 적층 스테이지(440)에 적층됨으로써 상기 성형재료(S)의 전기전도도를 향상시켜 전기저항을 저감시키는 역할을 수행한다.
상기 성형재료(S)와 함께 상기 금속 분말(P)을 적층하기 위하여, 상술한 바와 같이 상기 실린더(410)에 상기 금속 분말(P)을 공급하여 상기 성형재료(S)와 혼합한 후 상기 노즐부(411)에서 함께 토출할 수도 있지만, 상기 와이어(W)의 표면에 상기 금속 분말(P)을 피복시킴으로써 상기 금속 분말(P)이 상기 성형재료(S)와 함께 상기 적층 스테이지(140)에 적층될 수도 있다.
상기 믹서부(495)는 상기 실린더(410) 내부에 배치되며, 상기 성형재료(S)와 상기 금속 분말(P)을 균일하게 혼합한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
110, 210, 310, 410: 실린더
110a: 가압부재
121, 221, 321, 421: 와이어 공급부
122, 222, 322, 422: 와이어 회수부
130: 이동 스테이지
131: 실린더 고정부
140, 240, 340, 440: 적층 스테이지
150, 250, 350, 450: 성형재료 공급부
160, 260, 360, 460: 히터유닛
270: 레이저부
380: 절단부
490: 금속 분말 공급부
W: 와이어
S: 성형재료
P: 금속 분말

Claims (7)

  1. 성형재료가 수용되는 실린더;
    상기 실린더의 끝단에 형성되는 노즐부;
    상기 실린더에 상기 성형재료를 공급하는 성형재료 공급부;
    상기 실린더를 가열하여 상기 성형재료를 용융시키는 히터유닛;
    상기 노즐부로부터 토출되는 상기 성형재료가 적층되는 적층 스테이지;
    상기 실린더 내부로 와이어를 공급하되, 상기 와이어의 일단부와 연결된 와이어 공급부; 및
    상기 와이어의 타단부와 연결되어 상기 실린더 내부에 위치하는 와이어를 상기 노즐부를 통해 상기 실린더 외부로 토출시키며, 상기 성형재료와 함께 상기 와이어가 상기 적층 스테이지에 적층되지 않도록 상기 성형재료가 토출되는 방향의 반대방향으로 상기 와이어를 권취하여 회수하는 와이어 회수부;를 포함하는 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실린더 외부로 압출된 상기 성형재료를 가공하는 레이저부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서
    상기 실린더 내부에 배치되어 상기 성형재료를 상기 노즐부의 외부로 압출하는 가압부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실린더에 금속 분말을 공급하는 금속 분말 공급부;를 더 포함하며,
    상기 노즐부로부터 상기 와이어, 상기 성형재료 및 상기 금속 분말이 동시에 토출되는 것을 특징으로 하는 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실린더 내부에 배치되며, 상기 성형재료와 상기 금속 분말을 균일하게 혼합하는 믹서부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치.
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