KR102220958B1 - 다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3d 프린팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3D 프린팅 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 다중 재료 복합재의 쾌속 제작이 가능한 SLA 방식의 3D 프린터를 이용한 다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3D 프린팅 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 방법은, 제1 파트와 제2 파트를 포함하는 다중 재료 복합재의 제조 방법으로서, 제1 수조에 담긴 제1 액상 수지의 내부에 조형판을 배치하여 상기 조형판 상에 상기 제1 파트를 SLA 방식의 프린팅 방법으로 형성하는, 제1 파트 형성 단계; 상기 조형판 상에 상기 제1 파트가 형성되면, 상기 조형판과 상기 제1 파트를 제2 수조에 담긴 제2 액상 수지의 내부에 위치시키는, 수조 교체 단계; 및 상기 조형판 상에 형성된 상기 제1 파트에 상기 제2 파트를 SLA 방식의 프린팅 방법으로 형성하여 상기 다중 재료 복합재를 형성하는, 제2 파트 형성 단계;를 포함한다.

Description

다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3D 프린팅 장치{METHOD FOR MANUFACTURING MULTI COMPOSITE MATERIALS AND 3D PRINTING APPARATUS PERFORMING THEREOF}

본 발명은 다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3D 프린팅 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 다중 재료 복합재의 쾌속 제작이 가능한 SLA 방식의 3D 프린터를 이용한 다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3D 프린팅 장치에 관한 것이다.

3D 프린팅(3D printing) 기술은 복잡하고 다양한 형태의 구조물을 별도의 인력이나 제작 기술의 투입 없이 정교하게 제작할 수 있는 기술이다.

하나의 재료로 이루어진 단일재료와 비교하여 여러가지 재료로 구성된 복합재료는 뛰어난 기계적 특성을 가지는데, 이로 인해 건설, 기계, 항공 등의 여러 산업분야에서 효율적으로 사용되고 있다. 예를 들어, 높은 강도를 갖는 취성재료와 신축성이 뛰어난 연성재료를 특정 패턴이 생성(예를 들면, 진주층 모사 패턴)되도록 조합하여 복합재료를 구성하면, 기존의 고강도 취성재료와 비교하여 강도는 1/2 정도로 감소하지만 연성은 3배 이상 증가하여 휨이나 충격 하중 등의 외부 충격으로 인해 발생한 에너지의 흡수율이 30% 이상 증가한다.

이러한 복잡한 패턴이 적용된 구조를 기존의 제조법으로 제작하기 위해서는 인력 투입 및 여러 단계의 후처리 가공의 수행이 요구된다. 하지만, 3D 프린팅을 이용하면 이러한 복잡한 구조를 추가 공정없이 한 번에 효율적으로 제작할 수 있다.

종래에 두 가지 재료로 이루어진 복합재료를 한 번에 제작할 수 있는 3D 프린터는 FDM 방식의 이중 사출 3D 프린터가 있다. FDM 방식의 이중 사출 3D 프린터는 재료를 녹인 후 노즐을 통해 한 층씩 쌓아가는 방식으로 구조물을 생성하는 프린터이다.

도 1의 (a)와 (b)는 취성재료인 PLA(polylactic acid)와 연성재료인 TPU (thermoplastic polyurethane)를 가지고 상기 FDM 방식의 이중 사출 3D 프린터로 제작한 진주층 모사 패턴이 적용된 굽힘 및 충격 시험용 시편의 사진들이다.

FDM 방식의 이중 사출 3D 프린터를 사용할 시, 여러 3D 프린팅 변수의 적절한 설정 및 3D 프린터 자체 기능의 활성화를 통해 위와 같은 복합재료의 비교적 정교한 제작이 가능하지만 시간이 오래 걸린다는 단점이 있는데, 이는 FDM 방식의 3D 프린터의 최대 단점이다.

또한, FDM 방식의 이중 사출 3D 프린터를 사용하여, 도 1의 (a)와 (b)에 도시된 진주층 모사 복합재료를 제작하려면, 두 개의 노즐이 두 가지 재료를 녹여서 각 재료에 해당하는 파트를 그 형상대로 한 층씩 적층 시키며 제작을 해야한다. 따라서, 이 방식에는 패턴이 복잡해질수록 제작 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 이러한 단점을 고려하더라도 종래의 고전적인 제조법과 비교하여 경제적, 시간적으로 효율적이지만, 복합재료의 적용성을 향상시키기 위해 3D 프린팅을 이용한 복합재료의 제작 시간을 단축시킬 필요가 있다.

이는 FDM 방식과 비교하여, 더 정교하고 제작시간이 덜 소요되는 SLA 방식의 3D 프린터를 통해 실현될 수 있다. 하지만, 아직까지 두 가지 재료를 동시에 사용하여 이중 재료 복합재를 제작할 수 있는 SLA 방식의 3D 프린터는 아직 개발되지 않은 실정이다. 왜냐하면, SLA 방식은 수조에 담겨있는 광 경화성 액상 수지를 한 층씩 경화하고 적층시켜 구조물 출력을 완성하는 방식이므로, FDM 이중 사출 3D 프린팅 방식을 SLA 방식에 적용하기에는 어려움이 있다.

따라서, 종래의 SLA 방식에 새로운 구동 방법을 추가하여 두 가지 재료로 이중 재료 복합재, 나아가 다수의 재료로 다중 재료 복합재를 제작할 수 있는 SLA 방식의 3D 프린터를 개발할 필요가 있다. 동시에, FDM 방식보다 더 빠르고 정교한 제작이 가능한 SLA 방식의 장점을 유지하여 이중 재료 복합재 내지는 다중 재료 복합재를 쾌속으로 제작할 수 있는 3D 프린팅 기술의 개발이 요구된다.

LSU를 이용한 SLA 방식의 3D프린터 설계 및 스캐닝 기구부 동작 테스트(한국정보통신학회논문지(J. Korea Inst. Inf. Commun. Eng.) Vol. 21, No. 6 : 1225~1230 Jun. 2017)

본 발명은, 두 가지 재료로 이루어진 다중 재료 복합재의 제작을 추가 공정없이 가능하도록 새로운 구동 방법이 추가된 다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3D 프린팅 장치를 제공한다.

또한, FDM 방식의 3D 프린터와 대비하여, 더 정교하고 신속한 출력이 가능하며 SLA 방식 기반의 3D 프린터의 장점을 내포시킨 다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3D 프린팅 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 방법은, 제1 파트와 제2 파트를 포함하는 다중 재료 복합재의 제조 방법으로서, 제1 수조에 담긴 제1 액상 수지의 내부에 조형판을 배치하여 상기 조형판 상에 상기 제1 파트를 SLA 방식의 프린팅 방법으로 형성하는, 제1 파트 형성 단계; 상기 조형판 상에 상기 제1 파트가 형성되면, 상기 조형판과 상기 제1 파트를 제2 수조에 담긴 제2 액상 수지의 내부에 위치시키는, 수조 교체 단계; 및 상기 조형판 상에 형성된 상기 제1 파트에 상기 제2 파트를 SLA 방식의 프린팅 방법으로 형성하여 상기 다중 재료 복합재를 형성하는, 제2 파트 형성 단계;를 포함한다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 다중 재료 복합재의 제조를 수행하는 3D 프린팅 장치는, 제1 액상 수지를 담을 수 있는 제1 수조; 제1 액상 수지와 다른 제2 액상 수지를 담을 수 있는 제2 수조; 상기 제1 수조와 상기 제2 수조 중 어느 하나의 내부에 배치되고, 승강기에 의해 상하 운동이 가능한 조형판; 상기 조형판으로 UV 광을 제공하는 UV 광원부; 및 상기 제1 수조와 상기 제2 수조를 이동 제어하여 상기 조형판이 상기 제1 수조 내부에 고정된 상태에서 상기 제1 수조를 상기 제2 수조로 교체하는 수조 이동 제어부;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 다중 재료 복합재의 제조를 수행하는 3D 프린팅 장치는 제1 액상 수지를 담을 수 있는 제1 수조; 제1 액상 수지와 다른 제2 액상 수지를 담을 수 있는 제2 수조; 상기 제1 수조와 상기 제2 수조 중 어느 하나의 내부에 배치되고, 승강기에 의해 상하 운동이 가능한 조형판; 상기 조형판으로 UV 광을 제공하는 UV 광원부; 및 상기 제1 수조와 상기 제2 수조의 위치가 고정된 상태에서 상기 조형판을 이동 제어하여 상기 조형판이 상기 제1 수조에서 상기 제2 수조로 이동시키는 조형판 이동 제어부;를 포함한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3D 프린팅 장치를 사용하면, 새로운 운용방식이 추가된 SLA 방식 기반의 3D 프린팅 기술을 통해 두 가지 재료로 이루어진 이중 재료 복합재 또는 다수의 재료로 이루어진 다중 재료 복합재의 제작을 별도의 추가 공정 없이 기존의 이중 사출 FDM 방식보다 최소 2배 이상 빠르게 제작할 수 있고, 더욱 정교하게 출력할 수 있다. 이를 통해 다양한 패턴이 적용되어 있는 이중 재료 복합재 내지는 다중 재료 복합재를 보다 효율적으로 제작하여 건설, 기계, 항공 등의 여러 산업분야에서 유용하게 사용될 수 있다.

또한, 3D 프린팅은 4차 산업 혁명의 주요 기술로서, 건설, 건축, 기계, 항공, 선박 등의 다양한 공학 분야에서 그 효율정을 인정받고 있는데, 본 발명의 실시 형태에 따른 SLA 방식의 3D 프린터를 이용한 다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3D 프린팅 장치를 사용하면, 기존의 3D 프린터의 한계를 개선함으로써 3D 프린팅의 시장성을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 나아가, 기존의 3D 프린팅 기술의 한계를 개선함으로써 건설, 건축, 기계, 항공, 선박 등의 다양한 공학 분야에서 효율적으로 활용되어 관련 산업을 전반적으로 발전시킬 것으로 예상된다.

도 1의 (a)와 (b)는 취성재료인 PLA(polylactic acid)와 연성재료인 TPU (thermoplastic polyurethane)를 가지고 상기 FDM 방식의 이중 사출 3D 프린터로 제작한 진주층 모사 패턴이 적용된 굽힘 및 충격 시험용 시편의 사진들이다.
도 2의 (a)와 (b)는 종래의 SLA 방식 기반의 3D 프린터를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 (b)에 도시된 방식과 상이한 종래의 SLA 방식 기반의 3D 프린터를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린터로 제작가능한 다중 재료 복합재의 일 예를 설명하기 위한 3D 모델이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 SLA 방식의 3D 프린터를 이용한 다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3D 프린팅 장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 SLA 방식의 3D 프린터를 이용한 다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3D 프린팅 장치를 설명하기 위한 도면들이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 형태와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 형태에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 2의 (a)와 (b)는 종래의 SLA 방식 기반의 3D 프린터를 설명하기 위한 도면이다.

도 2의 (a)와 (b)를 참조하면, SLA 방식 기반의 3D 프린터는 경화용 자외선 레이저(UV)를 이용하여 수조에 담겨있는 광 경화성 액상 수지를 한 층(layer)씩 차례대로 경화하고 적층시켜 3D 구조물을 제작한다. 좀 더 상세하게는, 자외선 레이저가 조사되는 조형판(build plate) 위에 수지가 한 층이 경화되고 리코터(recoater) 블레이드에 의해 층의 표면이 다듬어진다. 이 후에 조형판(build plate)이 수직방향(z-axis)으로 한 층의 두께만큼 이동하고 다시 새로운 층이 적층된다. 이와 같은 과정을 거치며 한 층씩 경화되며 3D 구조물의 제작이 완성된다.

도 3은 도 2의 (b)에 도시된 방식과 상이한 종래의 SLA 방식 기반의 3D 프린터를 설명하기 위한 도면이다.

도 2의 (b)와의 차이점은, UV 광원(L)에서 광을 주사하는 방향이 용기(C)의 위쪽이 아니라, 아래쪽이다. 아래쪽으로 주사된 광이 미러(M)에 반사되어 용기(C)에 담긴 광 경화성 액상 수지(R)에 도달하기 위해서는 용기(C)의 아래쪽이 투명한 재질로 되어 있어야 한다. 조형판(P)의 아래에 광 경화성 액상 수지(R)가 있는 상태에서, UV 광원(L)으로 광을 주사하게 되면, 조형판(300)의 아래에 광경화성 액상 수지(200)가 경화되게 된다. 만일 1개층의 경화가 완성되게 되면, 조형판(P)이 위로 이동하게 되어 그 다음 층이 경화될 준비가 된다. 이런 과정을 반복하여 조형판(P)의 아래에 3D 구조물이 완성된다.

도 3에 도시된 SLA 방식을 바텀 업 타입이라 할 수 있고, 도 2의 (b)에 도시된 SLA 방식을 탑 다운 타입이라 명명할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린터로 제작가능한 다중 재료 복합재의 일 예를 설명하기 위한 3D 모델이다. 도 4에 도시된 다중 재료 복합재의 일 예는 2개의 재료로 이루어진 이중 재료 복합재일 수 있다. 여기서, 본 발명에서 언급한 다중 재료 복합재가 이중 재료 복합재 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 다중 재료 복합재는 3가지 재료로 이루어진 삼중 재료 복합재뿐만 아니라 4가지 재료로 이루어진 사중 재료 복합재 등도 포함한다. 따라서, 이하에서는 설명의 편의를 위해 이중 재료 복합재를 다중 재료 복합재의 일 예로서 예를 들어 설명하도록 한다.

좀 더 구체적으로, 도 4의 (a)는 다중 재료 복합재에 포함된 제1 재료인 연성재료로 이루어진 매트릭스(matrix)의 3D 모델이고, 도 4의 (b)는 다중 재료 복합재에 포함된 제2 재료인 취성재료로 이루어진 소판(platelet)의 3D 모델이고, 도 4의 (c)는 상기 매트릭스(matrix)와 소판(platelet)이 합쳐진 다중 재료 복합재의 3D 모델이다.

도 4에 도시된 다중 재료 복합재는 전복의 껍질 등에서 발견되는 진주층 구조를 모사한 것일 수 있다. 진주층은, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 고강도 물질인 탄산 칼슘(aragonite)의 소판(platelet)과 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 강도가 상대적으로 낮고 연성이 상대적으로 높은 물질인 유기 인터라멜라 매트릭스(organic interlamellar matrix)로 구성되어 있다. 이러한 독특한 구조 덕분에, 진주층은 구성 요소의 재료적 특성에 비해, 예외적으로 높은 파괴 인성 및 충격 저항력을 가지고 있다. 3D 프린터로 이러한 구조를 제작할 시, 매트릭스(matrix) 부분은 TPU(thermoplastic polyurethane)와 같은 연성재료를 사용하고, 소판(platelet) 부분은 PLA(polylactic acid)와 같은 취성재료를 사용할 수 있다.

본 발명의 실시 형태는 도 4의 (c)에 도시된 바와 같은 다중 재료 복합재를 SLA 방식의 3D 프린터로 쾌속으로 제조하는 것이다. 이하에서, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 따른 SLA 방식의 3D 프린터를 이용한 다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3D 프린팅 장치를 제공한다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 SLA 방식의 3D 프린터를 이용한 다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3D 프린팅 장치를 설명하기 위한 도면들이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린팅 장치는, 제1 수조(C1)와 제2 수조(C2)를 포함한다. 여기서, 예로 든 다중 재료 복합재가 이중 재료 복합재이기 때문에, 제1 수조(C1)와 제2 수조(C2)가 요구되지만, 만약, 다중 재료 복합재가 삼중 내지는 사중 재료 복합재 등이라면, 수조의 개수는 재료의 개수에 따라 더 늘어날 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 2개의 수조(C1, C2)를 이용한 것을 예시로 설명하기로 한다.

제1 수조(C1)에는 제1 액상 수지(R1)가 소정 높이만큼 담겨있고, 제2 수조(C2)에는 제2 액상 수지(R2)가 소정 높이만큼 담겨있다.

제1 수조(C1)에 담긴 제1 액상 수지(R1)는 매트릭스 부분을 형성하는 재료로서, 제2 액상 수지(R2)보다 상대적으로 연성이 높고, 상대적으로 강도가 약한 액상 수지일 수 있다. 예를 들어, 제1 액상 수지(R1)는 TPU(thermoplastic polyurethane)와 같은 연성재료일 수 있다.

제2 수조(C2)에 담긴 제2 액상 수지(R2)는 소판 부분을 형성하는 재료로서, 제1 액상 수지(R1)보다 상대적으로 연성이 낮고, 상대적으로 강도가 강한 액상 수지일 수 있다. 예를 들어, 제2 액상 수지(R2)는 PLA(polylactic acid)와 같은 취성재료일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린팅 장치는, 조형판(P)과 조형판(P)을 상하 이동시키는 승강기(EV)를 포함한다. 조형판(P)은 제1 수조(C1)에 담긴 제1 액상 수지(R1) 또는 제2 수조(C2)에 담긴 제2 액상 수지(R2) 내부에 배치되어, 승강기(EV)에 의해 상하 운동이 가능하다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린팅 장치는, 제1 수조(C1) 또는 제2 수조(C2)로 UV 광을 방출하는 UV 광원부(L, M)를 포함한다.

UV 광원부(L, M)는 UV 광을 방출하는 UV 광원(L)을 포함한다. 여기서, UV 광원부(L, M)는 UV 광원(L)으로부터 방출된 UV 광을 제1 수조(C1)에 담긴 제1 액상 수지(R1) 또는 제2 수조(C2)에 담긴 제2 액상 수지(R2)로 경로 변경시키는 적어도 하나 이상의 미러(M)를 더 포함할 수 있다.

이러한 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린팅 장치를 이용하여 진주층 구조를 모사한 다중 재료 복합재를 제조하는 방법을 설명한다.

우선, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 수조(C1)에 매트릭스 부분 제작용 제1 액상 수지(R1)를, 제2 수조(C2)에는 소판 부분 제작용 제2 액상 수지(R2)를 넣는다. 각 수조(C1, C2)에 해당 액상 수지(R1, R2)를 넣었으면, 제1 수조(C1)에서 SLA 방식 기반으로 매트릭스 부분(MT)을 출력한다. 매트릭스 부분(MT)의 출력 방식은 종래의 SLA 방식과 동일하게 경화용 자외선 레이저(UV)를 제1 수조(C1)에 담겨있는 제1 액상 수지(C1)에 조사하여 한 층씩 경화하고 적층시켜 매트릭스 부분(MT)을 출력시킬 수 있다.

다음으로, 제1 파트인 매트릭스 부분(MT)이 제1 수조(C1)에서 출력이 완성되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 수조(C1)를 제2 수조(C2)로 교체한다. 매트릭스 부분(MT)이 제1 수조(C1)에서 출력이 완성되었는지 여부는 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린팅 장치가 자동으로 인식이 가능하다. 예를 들어, 제1 수조(C1)에서의 SLA 방식의 3D 프린팅 프로세스가 미리 설정된 프로세스에 따라 종료되면, 매트릭스 부분(MT)이 제1 수조(C1)에서 출력이 완성된 것으로 판별할 수 있다.

여기서, 조형판(P) 위에 출력된 매트릭스 부분(MT)은 위치 변경이나 수정없이 조형판(P) 위에 고정된 채로 제2 수조(C2)의 제2 액상 수지(R2) 안에 매트릭스 부분(MT)의 높이만큼 담기도록 제2 수조(C2)를 이동 및 제어할 수 있다. 따라서, 제1 수조(C1)와 제2 수조(C2)를 이동을 제어하기 위한 수조 이동 제어부(미도시)가 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린팅 장치에 더 포함될 수 있다. 여기서, 수조의 개수가 3개 이상인 경우, 수종 이동 제어부(미도시)는 3개 이상의 수조들의 이동을 제어할 수 있다.

한편, 제1 수조(C1)를 제2 수조(C2)로 교체하지 않고, 제1 수조(C1)에서 조형판(P)을 승강기(EV)를 통해 들어올린 후, 제2 수조(C2)로 조형판(P)을 이동시킬 수도 있다. 이를 위해서, 조형판(P)을 전후좌후로 이동 제어하기 위한 조형판 이동 제어부(미도시)가 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린팅 장치에 더 포함될 수 있다. 여기서, 수조의 개수가 3개 이상인 경우, 조형판 이동 제어부(미도시)는 조형판(P)을 다수의 수조 각각 내부로 이동시킬 수 있다.

다음으로, 제1 수조(C1)를 제2 수조(C2)로 교체되면, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 수조(C2)에서 제2 파트인 소판 부분(PL)을 형성한다. 이 때, 제1 수조(C1)에서 출력되어 조형판(P) 위에 형성된 매트릭스 부분(MT)은 제2 수조(C2)에서 소판 부분(PL) 형성 시, 거푸집 역할을 한다. 제2 액상 수지(R2)는 완성될 소판 부분(PL)의 위치에 배치되고, 소판 부분(PL)의 제작이 시작된다.

매트릭스 부분(MT)이 제2 액상 수지(R2)가 담겨있는 제2 수조(C2)에서 거푸집 역할을 하게 되면, 소판 부분(PL)을 경화시킬 때, 소판 부분(PL)의 복잡한 형상에 따라 UV 광을 조사하여 경화시킬 필요가 없는 장점이 있다. XY 평면 상에서의 다중 재료 복합재의 규격-길이와 너비 내에서 제2 액상 수지(R2)가 배치되어 있는 부분에 전체적으로 UV 광을 조사하여 경화시키면 소판 부분(PL)에 해당하는 부분의 제작이 완성된다. 여기서, 수조가 3개 이상인 경우, 이전 수조에서 제작된 부분이 다음 수조에서 거푸집 역할을 수행할 수 있는 이점이 있다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같은 다중 재료 복합재에서 부피 비율이 상대적으로 작은 부분(예를 들어, 제1 파트인 매트릭스 부분)을 우선적으로 그 형상에 맞게 제1 액상 수지(R1)를 경화하여 제작한 후, 완성된 매트릭스 부분을 거푸집으로 활용하여 나머지 부피 비율이 상대적으로 높은 파트에 해당하는 부분에 제2 액상 수지(R2)를 채워 전체적으로 경화하여 제작하면, 기존의 FDM 방식의 이중 사출 3D 프린터와 비교하여, 제작 시간을 최소 2배 이상 단축시킬 수 있다. 여기서, 수조가 3개 이상인 경우에도, 가장 작은 부피를 갖는 부분부터 순차적으로 제작할 수 있다.

도 8 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 SLA 방식의 3D 프린터를 이용한 다중 재료 복합재의 제조 방법과 이를 수행하는 3D 프린팅 장치를 설명하기 위한 도면들이다.

도 8 내지 도 9에 도시된 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 3D 프린팅 장치는, 도 5 내지 도 7에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린팅 장치와 비교하여, SLA 방식에 있어서 차이가 있다. 구체적으로, 도 8 내지 도 9에 도시된 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 3D 프린팅 장치는 도 3에 도시된 바텀 업 타입의 SLA 방식을 이용한 것이고, 도 5 내지 도 7에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린팅 장치는 도 2의 (b)에 도시된 탑 다운 타입의 SLA 방식을 이용한 것이다.

타입의 차이만 있을 뿐, 기본적인 다중 재료 복합재의 제조 방법은 도 5 내지 도 7에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 다중 재료 복합재의 제조 방법과 동일하다. 구체적으로, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같은 다중 재료 복합재에서 부피 비율이 상대적으로 작은 부분(예를 들어, 제1 파트인 매트릭스 부분(MT))을 우선적으로 그 형상에 맞게 제1 액상 수지(R1)를 경화하여 제작한 후, 완성된 매트릭스 부분(MT)을 거푸집으로 활용하여 나머지 부피 비율이 상대적으로 높은 파트에 해당하는 부분에 제2 액상 수지(R2)를 채워 전체적으로 경화하여 소판 부분(PL)을 형성할 수 있다. 여기서, 수조가 3개 이상인 경우에도, 가장 작은 부피를 갖는 부분부터 순차적으로 제작할 수 있다.

본 명세서에 기재된 (비특허문헌 1)은, 기존의 SLA 방식의 3D 프린터에 LSU(Laser Scanning Unit)를 접목하여 정밀도와 제조 속도를 개선하는 기술을 다루었다. 반면, 본 발명의 실시 형태들에서는 종래의 SLA 방식의 3D 프린터에 구성을 추가하여 두 가지 재료를 사용한 이중 재료 복합재 내지는 다수의 재료를 사용한 다중 재료 복합재의 정교한 제작이 가능하고, 새로운 3D 프린팅 장치의 출력 방식의 적용을 통해 다중 재료 복합재의 쾌속 제작이 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태들은 완성품인 다중 재료 복합재에서 부피 비율을 기준으로 부피비가 작은 제1 파트를 제1 수조에서 먼저 경화하고, 이를 거푸집 삼아 나머지 부피비가 큰 부분을 제2 수조에서 전체적으로 경화하여 상기 다중 재료 복합재의 제작 시간을 기존의 3D 프린터와 비교하여 최소 2배 이상 단축시킬 수 있는 이점도 있다.

이상과 같이 실시 형태들이 비록 한정된 실시 형태와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 형태들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (11)

1. 제1 파트와 제2 파트를 포함하는 다중 재료 복합재의 제조 방법에 있어서,
   제1 수조에 담긴 제1 액상 수지의 내부에 조형판을 배치하여 상기 조형판 상에 상기 제1 파트를 SLA 방식의 프린팅 방법으로 형성하는, 제1 파트 형성 단계;
   상기 조형판 상에 상기 제1 파트가 형성되면, 상기 조형판과 상기 제1 파트를 제2 수조에 담긴 제2 액상 수지의 내부에 위치시키는, 수조 교체 단계; 및
   상기 조형판 상에 형성된 상기 제1 파트에 상기 제2 파트를 SLA 방식의 프린팅 방법으로 형성하여 상기 다중 재료 복합재를 형성하는, 제2 파트 형성 단계;
   를 포함하고,
   상기 다중 재료 복합재는 매트릭스 부분과 소판 부분을 포함하는 진주층 구조를 갖고, 상기 제1 파트는 상기 진주층 구조의 상기 매트릭스 부분에 대응되는 형상을 갖고, 상기 제2 파트는 상기 진주층 구조의 상기 소판 부분에 대응되는 형상을 갖고,
   상기 제2 파트 형성 단계는, 상기 제2 파트를 상기 제1 파트와 동일층에 형성하는, 다중 재료 복합재의 제조 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 수조 교체 단계는,
   상기 조형판의 위치를 고정시킨 상태에서 상기 제1 수조와 상기 제2 수조를 이동시켜 상기 제1 수조의 위치에 상기 제2 수조가 위치되도록 하는, 다중 재료 복합재의 제조 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 수조 교체 단계는,
   상기 제1 파트와 함께 상기 조형판을 이동시켜 상기 제1 파트와 상기 조형판을 상기 제1 수조에서 상기 제2 수조 내부로 이동시키는, 다중 재료 복합재의 제조 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 다중 재료 복합재에서 상기 제1 파트의 부피 비율은 상기 제2 파트의 부피 비율보다 작은, 다중 재료 복합재의 제조 방법.
   
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 파트는 상기 제2 파트와 비교하여 상대적으로 연성이 더 높고, 강도가 더 낮은, 다중 재료 복합재의 제조 방법.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

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