KR102259818B1 - Dlp 방식 기반 3d 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법 - Google Patents

Dlp 방식 기반 3d 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 DLP 방식 기반 3D 프린터의 조형기판과 경화층 사이의 접착력을 평가하기 위한 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법에 관한 것이다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 a) 공정변수를 설정하는 단계; b) 설정된 상기 공정변수를 변수로 하여 조형기판과 경화층이 접착되기 위한 공정변수 값으로 이루어진 공정데이터가 도출되는 단계; c) 도출된 상기 공정데이터로부터 상기 공정변수를 축으로 하여 접착영역 및 비접착영역이 표시된 접착구간그래프를 얻는 단계; 및d) 상기 접착구간그래프를 이용하여 경화층의 접착력 수준을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법을 제공한다.

Description

DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법{METHOD FOR EVALUATING ADHESION OF CURED LAYER OF DLP 3D PRINTING}
본 발명은 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 DLP 방식 기반 3D 프린터의 조형기판과 경화층 사이의 접착력을 평가하기 위한 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법에 관한 것이다.
적층가공 또는 3D 프린팅 공정은 모델링의 형상을 적층 두께만큼 분할한 단면 데이터를 여러 방식으로 쌓아 올려서 3차원 형상을 제작하는 기술이다.
3D 프린팅은 사용하는 소재와 소재의 형태, 사용하는 적층 방법에 따라서 다양한 방식의 기술이 개발되었다.
3D 프린팅은 제작에 필요한 시간이 짧은 장점이 있으며, 복잡한 형태의 제작과 다품종 소량생산에 유리하다.
다양한 적층가공 공정 중에 광 조형 3D 프린팅 공정(SLA, Stereolithography)는 레이저를 광원으로 사용하여 광 경화성 수지를 경화시키는 방식이다. 일반적으로 UV 레이저를 활용하며, UV 레이저가 광경화성 수지에 조사되어 광경화성 수지를 폴리머 패턴으로 경화시킨다. 이때, 갈바노 미러(Galvano mirror)에 의한 레이저 스캐닝을 통해 제작하고자 하는 2차원 패턴을 경화시킨다. 여기서 레이저 광원 대신에 DMD(Digital Mirror Device)를 이용한 디지털 광원 방식을 사용하면 DLP 3D 프린팅 공정이 된다. UV 램프에 의해 조사된 빛은 DMD에서 반사되어 광경화성 수지에 전달된다. DMD는 micro mirror arrays로 구성된다.
각각의 micro-mirror가 전기적 신호에 의해 반사각을 조절하며, 이를 활용하여 각각의 micro-mirror에서 UV 램프에 의한 빛이 광경화성 수지에 도달 혹은 도달하지 못하게 된다. DMD 패턴은 여러장의 2차원 이미지로 조사되어, 광경화성 수지에 2차원 UV로 조사될 수 있다.
따라서 DLP 3D 프린팅은 UV 램프가 면 조사가 가능하여 단면 단위로 제작하기 때문에 짧은 공정시간이 장점이다. DLP 3D 프린팅은 빠르고 쉽게 3D 프린팅이 가능하다는 장점이 갖고 있으므로 쥬얼리, 피규어 등 다양한 분야에서 활용되고 있는 3D 프린터 방식이다.
그러나, 종래에는 DLP 3D 프린팅에서 초기 경화조건을 적절히 설정하기에 어려움이 있었다.
도 1은 경화층과 조형기판의 접착력이 부족하여 경화층이 슬립된 상태를 나타낸 예시도이다.
도 1에 도시된 것처럼, 초기 경화 조건이 적절히 설정되지 못하면, 조형기판에 경화층이 제대로 접착되지 못해, 슬립이 발생하게 되고 그 결과 불량이 발생하게 된다.
이를 방지하기 위해 종래에는 광 조사 시간 또는 조형기판 상승 속도 등을 예상보다 높게 설정하였으나, 이러한 방식은 공정 시간이 길어지고 경제적이지 못한 문제점이 있다.
따라서, 경화 조건에 따른 접착력 수준을 평가하고, 원하는 접착력 수준에 대응되게 경화 조건을 적절히 설정할 수 있는 기술이 필요하다.
한국등록특허 제10-2031070호
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 DLP 방식 기반 3D 프린터의 조형기판과 경화층 사이의 접착력을 평가하기 위한 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 a) 공정변수를 설정하는 단계; b) 설정된 상기 공정변수를 변수로 하여 조형기판과 경화층이 접착되기 위한 공정변수 값으로 이루어진 공정데이터가 도출되는 단계; c) 도출된 상기 공정데이터로부터 상기 공정변수를 축으로 하여 접착영역 및 비접착영역이 표시된 접착구간그래프를 얻는 단계; 및d) 상기 접착구간그래프를 이용하여 경화층의 접착력 수준을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a) 단계에서, 상기 공정변수는, 조형기판의 상승 속도 및 광 노출 시간인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 b) 단계는, b1) 복수의 대상영역을 갖는 조형기판을 준비하는 단계; b2) 각각의 상기 대상영역 마다 서로 다른 광 노출 시간만큼 광을 조사하여 각 대상영역마다 경화층을 형성하는 단계; b3) 상기 경화층이 형성된 복수의 상기 조형기판을 서로 다른 속도로 상승시키는 단계; 및 b4) 상승된 상기 조형기판에서 각각의 상기 대상영역에 형성된 경화층의 공정변수 및 접착 여부가 기록되어 공정데이터로 도출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계에서, 상기 접착구간그래프는, 상기 광 노출 시간이 접착에 필요한 광 노출 시간보다 긴 영역은 상기 접착영역으로 표시되고, 상기 광 노출 시간이 접착에 필요한 광 노출 시간보다 짧은 영역은 비 접착영역으로 표시되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d) 단계는, d1) 실제 광 노출 시간에 따른 상기 조형기판에 상기 경화층이 접착될 수 있도록 하는 조형기판의 최대 상승 속도와 조형기판의 실제 상승 속도를 도출하는 단계; 및 d2) 도출된 상기 조형기판의 최대 상승 속도를 상기 조형기판의 실제 상승 속도로 나눈 값을 경화층의 접착력 수준으로 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 접착력 수준은 상기 조형기판의 상승 속도에 있어서, 상기 조형기판 상에 경화층이 접착될 수 있도록 하는 상기 광 노출 시간의 최소값이 되는 지점을 기준값으로 했을 때, 상기 기준값에 대한 배율인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법을 이용한 경화 조건 설정 방법에 있어서, 상기 d) 단계 이후에, e) 평가된 상기 경화층의 접착력이 기설정된 목표 접착력 수준을 갖도록 하는 공정변수를 경화 조건으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법을 이용한 경화 조건 설정 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 e) 단계는, 실제 상기 광 노출 시간에 따른 상기 조형기판의 최대 상승 속도와, 상기 조형기판의 최대 상승 속도에 상기 목표 접착력 수준만큼 곱한 값의 최소 광 노출 시간을 경화 조건으로 설계하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 접착력 수준은 상기 조형기판의 상승 속도에 있어서, 상기 조형기판 상에 경화층이 접착될 수 있도록 하는 상기 광 노출 시간의 최소값이 되는 지점을 기준값으로 했을 때, 상기 기준값에 대한 배율인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법을 이용한 경화 조건 설정 방법에 따라 경화조건이 설정된 DLP 방식 기반 3D 프린터를 제공한다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 경화층의 접착력 수준을 쉽게 예상 및 평가할 수 있다.
또한, 원하는 접착력 수준을 갖도록 경화 조건을 적절히 설정하여 슬립에 의한 불량 발생을 감소시키고, 공정의 속도를 최적화할 수 있어 경제적이다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 경화층과 조형기판의 접착력이 부족하여 경화층이 슬립된 상태를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 DLP 방식 기반 3D 프린터의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 DLP 방식 기반 3D 프린터의 수조의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공정데이터가 도출되는 단계의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법을 위한 조형기판의 대상영역을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 조형기판의 상승 속도에 따른 최소 광 조사 시간을 도출한 실험 결과를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 조형 기판의 상승 속도와 광 노출 시간에 따른 접착영역 및 비접착영역을 표시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 접착력 수준을 평가하는 단계의 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 조형기판과 수조를 나타낸 예시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 DLP 방식 기반 3D 프린터의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 DLP 방식 기반 3D 프린터의 수조의 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, DLP 방식 기반 3D 프린터(100)는 수조(110), 조형기판(120), DMD(130), 광조사부(140), 반사경(150) 및 렌즈(160)를 포함한다.
상기 수조(110)는 광경화성 레진(112)이 수용되는 수조통(111)과, 상기 수조통(111)의 바닥면을 이루며 PDMS 소재로 코팅된 코팅부(113)를 포함한다.
상기 수조통(111)의 바닥면인 상기 코팅부(113)는 광이 투과될 수 있도록 투명하게 마련될 수 있다.
상기 조형기판(120)은 상부 및 하부 방향으로 승하강 가능하게 마련되며, 하부에 상기 레진(112)이 경화되어 경화층이 적층되도록 마련될 수 있다.
상기 DMD(130)는 Digital Mirror Device로서, 상기 광조사부(140)에 의해 조사된 빛을 반사하여 광경화성 레진(112)에 전달하도록 마련될 수 있다. 상기 DMD(130)는 micro mirror arrays로 구성된다.
상기 광조사부(140)는 상기 DMD(130)에 광을 조사하도록 마련되며, 상기 반사경(150)은 상기 광조사부(140)에 의해 조사된 광을 상기 DMD(130)에 전달하도록 할 수 있다.
상기 렌즈(160)는 상기 DMD(130)로부터 조사된 패턴화된 광을 상기 수조(110)의 레진(112)에 조사하여 상기 패턴화된 광의 패턴에 대응되게 경화된 레진 경화층이 상기 조형기판(120)의 하부 적층되도록 할 수 있다.
이하, 이처럼 마련된 DLP 방식 기반 3D 프린터(100)에 의해 프린팅된 경화층과 조형기판(120) 사이의 접착력을 평가하는 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.
DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법은 실험 결과에 따른 데이터를 축적하는 데이터부 및 그래프를 형성하는 그래프 표시부, 접착력을 평가하는 평가부, 적절한 공정 변수를 경화 조건으로 설정하는 제어부에 의해 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법의 순서도이다.
도 4에 도시된 것처럼, DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법은 먼저, 공정변수를 설정하는 단계(S10)가 수행될 수 있다.
공정변수를 설정하는 단계(S10)에서는, 조형기판(120)의 상승 속도 및 광 노출 시간을 공정변수로 설정할 수 있다.
구체적으로, 조형기판의 상승 속도는 느릴수록 그리고 및 광 노출 시간은 길수록 접착력이 향상되기 때문에, 조형기판(120)의 상승 속도 및 광 노출 시간이 공정변수로 설정될 수 있다.
공정변수를 설정하는 단계(S10) 이후에는, 설정된 공정변수를 변수로 하여 조형기판과 경화층이 접착되기 위한 공정변수 값으로 이루어진 공정데이터가 도출되는 단계(S20)가 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공정데이터가 도출되는 단계의 순서도이다.
도 5를 더 참조하면, 설정된 공정변수를 변수로 하여 조형기판과 경화층이 접착되기 위한 공정변수 값으로 이루어진 공정데이터가 도출되는 단계(S20)는, 먼저, 복수의 대상영역을 갖는 조형기판을 준비하는 단계(S21)가 수행될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법을 위한 조형기판의 대상영역을 나타낸 예시도이다.
도 6에 도시된 것처럼, 상기 조형기판(120)에는 하면에 복수의 대상영역이 형성될 수 있다. 일 예로, 도시된 바와 같이, 상기 조형기판(120)의 하면에 격자형으로 패턴이 형성되어 경화층이 상호 분리되어 독립 형성될 있도록 하는 복수의 대상영역이 형성될 수 있다.
복수의 대상영역을 갖는 조형기판을 준비하는 단계(S21) 이후에는, 각각의 대상영역 마다 서로 다른 광 노출 시간만큼 광을 조사하여 각 대상영역마다 경화층을 형성하는 단계(S22)가 수행될 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 각각의 대상 영역에 마다 광 노출 시간이 다르게 광을 조사할 수 있다.
바람직하게는 각 대상영역에 식별번호를 부여하고, 오름차순 또는 내림차순으로 광 경화 시간을 일정하게 증가 또는 감소시키도록 마련될 수 있다.
일 예로, 본 발명의 실시예에서는, 도 6에 도시된 것처럼, 60개의 사각 이미지의 대상영역을 형성하고 각 대상영역의 광 노출 시간을 50 ms 부터 50 ms 간격으로 3000 ms까지 순차적으로 노출시켰다.
각각의 대상영역 마다 서로 다른 광 노출 시간만큼 광을 조사하여 각 대상영역마다 경화층을 형성하는 단계(S22) 이후에는, 경화층이 형성된 복수의 상기 조형기판을 서로 다른 속도로 상승시키는 단계(S23)가 수행될 수 있다.
경화층이 형성된 복수의 상기 조형기판을 서로 다른 속도로 상승시키는 단계(S23)는, 전 단계에서 각 대상영역에 대한 광 경화가 모두 완료되면, 상기 조형기판(120)을 상승시켜 상기 조형기판(120)의 대상영역에 형성된 경화층을 상기 수조통(111)에 수용된 레진(112)으로부터 분리시킬 수 있다.
일 예로, 본 발명의 실시예에서는 60개의 광 노출이 끝난 후에 100 mm/min의 속도로 조형 기판을 상승시켰다. 그리고, 동일한 방식으로 조형 기판의 상승 속도를 50, 150, 200 mm/min으로 변경하며 실험을 진행하였다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 조형기판의 상승 속도에 따른 최소 광 조사 시간을 도출한 실험 결과를 나타낸 예시도이다.
이때, 도 7에 도시된 것처럼 상기 수조통(111)에 수용된 레진(112)과 상기 경화층 사이의 접착력이, 상기 조형기판(120)과 상기 경화층 사이의 접착력보다 클 경우 상기 경화층은 상기 조형기판(120)으로부터 분리되며, 반대의 경우, 조형기판(120)에 접착된 상태를 유지하게 된다.
일 예로 본 발명의 실시예에서는 짧은 광 노출 시간으로 충분히 경화되지 못하여 조형 기판에 접착이 안된 부분과 광 노출 시간이 충분하여 조형 기판에 접착된 부분으로 구별할 수 있었다. 도 7에서 조형기판(120)의 상승 속도에 따라 필요한 최소 광 노출 시간을 확인할 수 있는데, 50 mm/min에서 1550 ms, 100 mm/min에서 1600 ms, 150 mm/min에서 1700 ms, 200 mm/min에서 2050 ms의 결과가 나왔다. 이는 조형 기판의 상승 속도가 남아있는 패턴의 개수에 영향을 주며, 상승 속도가 빠를수록 조형 기판에 접착시키기 위해서는 더 긴 광 노출 시간이 필요하다는 것을 알 수 있다.
경화층이 형성된 복수의 상기 조형기판을 서로 다른 속도로 상승시키는 단계(S23) 이후에는, 상승된 조형기판에서 각각의 대상영역에 형성된 경화층의 공정변수 및 접착 여부가 기록되어 공정데이터로 도출되는 단계(S24)가 수행될 수 있다.
이처럼, 서로 다른 광 노출 시간으로 경화된 대상영역의 경화층들을 갖는 조형기판(120)들에 대해 서로 다른 속도로 상승시키는 실험을 통해 조형기판의 상승 속도와 각 대상영역의 광 노출 시간에 대해 공정데이터가 축적될 수 있다.
즉, 상기 공정데이터에는 각각의 조형기판(120)의 상승 속도에 따른 경화층의 광 노출 시간과 이 때의 조형기판(120)과 경화층 사이의 접착 여부가 기록되어 축적되도록 마련될 수 있다.
설정된 공정변수를 변수로 하여 조형기판과 경화층이 접착되기 위한 공정변수 값으로 이루어진 공정데이터가 도출되는 단계(S20) 이후에는, 도출된 공정데이터로부터 공정변수를 축으로 하여 접착영역 및 비접착영역이 표시된 접착구간그래프를 얻는 단계(S30)가 수행될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 조형 기판의 상승 속도와 광 노출 시간에 따른 접착영역 및 비접착영역을 표시한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 도출된 공정데이터로부터 공정변수를 축으로 하여 접착영역 및 비접착영역이 표시된 접착구간그래프를 얻는 단계(S30)에서, 상기 공정데이터를 통해 x축은 조형기판(120)의 상승 속도, y축은 광 노출 시간으로 한 접착구간그래프를 형성하도록 마련될 수 있다.
상기 접착구간그래프는, 조형기판의 상승 속도에 따라 조형기판(120)에 상기 경화층이 접착될 수 있는 최소 광 노출 시간을 선으로 표시하도록 마련될 수 있다. 그리고, 상기 접착구간그래프는, 상기 광 노출 시간이 접착에 필요한 광 노출 시간보다 긴 영역은 상기 접착영역으로 표시되고, 상기 광 노출 시간이 접착에 필요한 광 노출 시간보다 짧은 영역은 비 접착영역으로 표시되도록 마련될 수 있다.
도출된 공정데이터로부터 공정변수를 축으로 하여 접착영역 및 비접착영역이 표시된 접착구간그래프를 얻는 단계(S30) 이후에는, 접착구간그래프를 이용하여 경화층의 접착력 수준을 평가하는 단계(S40)가 수행될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 접착력 수준을 평가하는 단계의 순서도이다.
도 9를 참조하면, 접착구간그래프를 이용하여 경화층의 접착력 수준을 평가하는 단계(S40)는 먼저, 실제 광 노출 시간에 따른 상기 조형기판에 상기 경화층이 접착될 수 있도록 하는 조형기판의 최대 상승 속도와 조형기판의 실제 상승 속도를 도출하는 단계(S41)가 수행될 수 있다.
실제 광 노출 시간에 따른 상기 조형기판에 상기 경화층이 접착될 수 있도록 하는 조형기판의 최대 상승 속도와 조형기판의 실제 상승 속도를 도출하는 단계(S41) 이후에는, 도출된 조형기판의 최대 상승 속도를 상기 조형기판의 실제 상승 속도로 나눈 값을 경화층의 접착력 수준으로 평가하는 단계(S42)가 수행될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 조형기판과 수조를 나타낸 예시도이다.
도 10을 참조하면, 점성 유체가 사이에 존재하는 두 평판이 분리될 때 발생하는 힘은 하기 수학식 1에서 정의된 스테판 접착 식으로 확인할 수 있다
Figure 112020047314027-pat00001
F는 접착력, R은 분리되는 조형기판의 반경, h는 조형기판과 수조(110)의 바닥면을 형성하는 코팅부(113) 사이의 거리, η는 유체의 점성도, dh/dt는 분리 속도이다.
상기 수학식 1을 통해 다음 층 적층을 위해 조형 기판이 상승할 때 이전 경화층이 받는 힘은 분리 속도에 선형으로 비례하며, 이전 경화층 반경 R의 4제곱에 비례하는 것을 알 수 있다
이처럼 경화층이 받는 힘은 분리속도에 선형으로 비례하기 때문에, 조형기판의 도출된 최대 상승 속도를 상기 조형기판의 실제 상승 속도로 나눈 값을 경화층의 접착력 수준으로 평가하도록 마련될 수 있다.
상기 접착력 수준은 상기 조형기판(120)의 상승 속도에 있어서, 상기 조형기판 상에 경화층이 접착될 수 있도록 하는 상기 광 노출 시간의 최소값이 되는 지점을 기준값으로 했을 때, 상기 기준값에 대한 배율을 지칭할 수 있다. 즉, 상기 기준값은 조형기판의 상승 속도에 따라 상기 조형기판에 상기 경화층이 접착된 상태를 유지할 수 있도록 최소로 요구되는 광 노출 시간을 의미할 수 있다.
일 예로, 실제 광 노출 시간에 따른 상기 조형기판에 상기 경화층이 접착될 수 있도록 하는 조형기판의 최대 상승 속도와 조형기판의 실제 상승 속도를 도출하는 단계(S41)에서, 도 8을 참조하여, 현재 광 노출 시간이 1600ms라고 했을 때, 광 노출 시간에 따른 상기 조형기판에 상기 경화층이 접착될 수 있도록 하는 조형기판의 최대 상승 속도는 100mm/min이다.
즉, 기준값은 광 노출 시간이 1600ms일 때, 조형기판의 상승속도 100mm/min인 것이 된다.
그리고, 조형기판의 최대 상승 속도를 상기 조형기판의 실제 상승 속도로 나눈 값을 경화층의 접착력 수준으로 평가하는 단계(S42)에서, 조형기판의 실제 상승 속도가 200mm/min이라고 가정할 때, 조형기판의 상승 속도가 200mm/min이지만, 실제 광 노출 시간은 조형기판의 상승 속도가 100mm/min일 때의 최소로 요구되는 광 노출 시간만 노출이 이루어진 것이다.
상기 수학식1에 따르면, 접착력은 조형기판의 상승 속도에 비례함을 고려하면, 200mm/min에서 조형기판의 상승 속도가 100mm/min으로 0.5배가 되었기 때문에, 접착력 수준 역시 기준값에 비해 절반이 된다. 즉, 조형기판(120)과 경화층이 접착을 유지하는데 필요한 접착력의 절반 수준만 되는 것으로 평가될 수 있다.
반면에, 조형기판의 최대 상승 속도를 상기 조형기판의 실제 상승 속도로 나눈 값을 경화층의 접착력 수준으로 평가하는 단계(S42)에서, 조형기판의 실제 상승 속도가 50mm/min이라고 가정한다면, 조형기판의 실제 상승 속도가 50mm/min이지만 광 노출 시간은 조형기판의 상승 속도의 2배에 해당하는 값인 100mm/min의 최소 요구 광 노출 시간이 되었기 때문에, 조형기판의 상승 속도에 비례하여 접착력 수준은 기준값에 비해 2배가 된다. 즉, 조형기판(120)과 경화층이 접착을 유지하는데 필요한 접착력의 2배 수준이 되는 것으로 평가될 수 있다.
접착구간그래프를 이용하여 경화층의 접착력 수준을 평가하는 단계(S40) 이후에는, 평가된 경화층의 접착력이 기설정된 목표 접착력 수준을 갖도록 하는 공정변수를 경화 조건으로 설정하는 단계(S50)가 수행될 수 있다.
평가된 경화층의 접착력이 기설정된 목표 접착력 수준을 갖도록 하는 공정변수를 경화 조건으로 설정하는 단계(S50)가 수행될 수 있다.
이 단계에서는, 실제 상기 광 노출 시간에 따른 상기 조형기판의 최대 상승 속도와, 상기 조형기판의 최대 상승 속도에 상기 목표 접착력 수준만큼 곱한 값의 최소 광 노출 시간을 경화 조건으로 설계하도록 마련될 수 있다.
일 예로, 기준값의 2배 수준의 접착력을 목표 접착력 수준으로 설정하게 될 수 있다. 이 경우, 조형기판(120)의 실제 상승 속도를 100 mm/min으로 공정을 진행할 때, 초기 경화 층의 광 노출 시간 조건을 조형기판의 상승 속도가 200 mm/min일 때 필요한 최소 광 노출 시간인 2050 ms으로 설정한다면 기준값보다 2배 수준의 접착력을 가지는 안정된 조형을 진행할 수가 있다.
즉, 조형기판의 상승 속도를 100mm/min, 광 노출 시간 2050ms으로 진행한다면 목표 접착력 수준으로 정확하고 안전하게 조형이 이루어지도록 할 수 있다.
이처럼 본 발명은 조형기판(120)과 경화층 사이의 접착력을 평가하고, 목표로 하는 접착력 수준을 얻을 수 있는 최적의 경화 조건을 설정할 수 있어 경제적이다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: DLP 방식 기반 3D 프린터
110: 수조
111: 수조통
112: 레진
113: 코팅부
120: 조형기판
130: DMD
140: 광조사부
150: 반사경
160: 렌즈

Claims (10)

  1. a) 공정변수를 설정하는 단계;
    b) 설정된 상기 공정변수를 변수로 하여 조형기판과 경화층이 접착되기 위한 공정변수 값으로 이루어진 공정데이터가 도출되는 단계;
    c) 도출된 상기 공정데이터로부터 상기 공정변수를 축으로 하여 접착영역 및 비접착영역이 표시된 접착구간그래프를 얻는 단계; 및
    d) 상기 접착구간그래프를 이용하여 경화층의 접착력 수준을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 a) 단계에서,
    상기 공정변수는,
    조형기판의 상승 속도 및 광 노출 시간인 것을 특징으로 하는 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    b1) 복수의 대상영역을 갖는 조형기판을 준비하는 단계;
    b2) 각각의 상기 대상영역 마다 서로 다른 광 노출 시간만큼 광을 조사하여 각 대상영역마다 경화층을 형성하는 단계;
    b3) 상기 경화층이 형성된 복수의 상기 조형기판을 서로 다른 속도로 상승시키는 단계; 및
    b4) 상승된 상기 조형기판에서 각각의 상기 대상영역에 형성된 경화층의 공정변수 및 접착 여부가 기록되어 공정데이터로 도출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 c) 단계에서,
    상기 접착구간그래프는,
    상기 광 노출 시간이 접착에 필요한 광 노출 시간보다 긴 영역은 상기 접착영역으로 표시되고,
    상기 광 노출 시간이 접착에 필요한 광 노출 시간보다 짧은 영역은 비 접착영역으로 표시되도록 마련된 것을 특징으로 하는 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    d1) 실제 광 노출 시간에 따른 상기 조형기판에 상기 경화층이 접착될 수 있도록 하는 조형기판의 최대 상승 속도와 조형기판의 실제 상승 속도를 도출하는 단계; 및
    d2) 도출된 상기 조형기판의 최대 상승 속도를 상기 조형기판의 실제 상승 속도로 나눈 값을 경화층의 접착력 수준으로 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 접착력 수준은
    상기 조형기판의 상승 속도에 있어서, 상기 조형기판 상에 경화층이 접착될 수 있도록 하는 상기 광 노출 시간의 최소값이 되는 지점을 기준값으로 했을 때, 상기 기준값에 대한 배율인 것을 특징으로 하는 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법.
  7. 제 2 항에 따른 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법을 이용한 경화 조건 설정 방법에 있어서,
    상기 d) 단계 이후에,
    e) 평가된 상기 경화층의 접착력이 기설정된 목표 접착력 수준을 갖도록 하는 공정변수를 경화 조건으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법을 이용한 경화 조건 설정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 e) 단계는,
    실제 상기 광 노출 시간에 따른 상기 조형기판의 최대 상승 속도와, 상기 조형기판의 최대 상승 속도에 상기 목표 접착력 수준만큼 곱한 값의 최소 광 노출 시간을 경화 조건으로 설계하도록 마련된 것을 특징으로 하는 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법을 이용한 경화 조건 설정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 접착력 수준은
    상기 조형기판의 상승 속도에 있어서, 상기 조형기판 상에 경화층이 접착될 수 있도록 하는 상기 광 노출 시간의 최소값이 되는 지점을 기준값으로 했을 때, 상기 기준값에 대한 배율인 것을 특징으로 하는 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법을 이용한 경화 조건 설정 방법.
  10. 제 1 항에 따른 DLP 방식 기반 3D 프린팅의 경화층 접착력 평가 방법을 이용한 경화 조건 설정 방법에 따라 경화조건이 설정된 DLP 방식 기반 3D 프린터.
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