KR102272888B1

KR102272888B1 - 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3d 프린터 및 이의 운용방법

Info

Publication number: KR102272888B1
Application number: KR1020200082235A
Authority: KR
Inventors: 정영도; 이준희; 오선종; 이보연; 임현의; 박승철; 김완두
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2020-07-03
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2021-07-06

Abstract

본 발명은 성형재료가 적층되는 프린팅 플레이트가 전자기장에 의하여 형상이 변하는 재질로 구성되어, 전자기장의 인가에 따라 플레이트형상 변형부가 프린팅 플레이트의 영역을 선택적으로 변형시킴으로써 프린팅 플레이트에 적층된 성형재료의 선폭, 길이, 두께 및 형상을 변형시킬 수 있는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터 및 이의 운용방법에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 단부에 형성된 노즐부로부터 성형재료를 토출시키는 프린팅헤드와, 상기 노즐부로부터 토출되는 성형재료가 적층되되, 상기 성형재료가 적층되는 영역의 형상이 변하는 프린팅 플레이트와, 상기 프린팅 플레이트에 전자기장을 가하여 상기 프린팅 플레이트의 형상을 변형시키는 플레이트형상 변형부를 포함하는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터를 제공한다.

Description

프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터 및 이의 운용방법{3D printer with changing shape of printing plate and its operation method}

본 발명은 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터 및 이의 운용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 성형재료가 적층되는 프린팅 플레이트가 전자기장에 의하여 형상이 변하는 재질로 구성되어, 전자기장의 인가에 따라 플레이트형상 변형부가 프린팅 플레이트의 영역을 선택적으로 변형시킴으로써 프린팅 플레이트에 적층된 성형재료의 선폭, 길이, 두께 및 형상을 변형시킬 수 있는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터 및 이의 운용방법에 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 액체형 플라스틱 또는 용융된 금속 파우더 등을 분사하여 설계 모양대로 제품을 형성한다.

여기서, 하나의 3D 프린터에 서로 다른 직경을 가지는 노즐을 교체함으로써 노즐로부터 토출되는 성형재료의 선폭을 변경할 수 있고, 이에 따라 제작하고자 하는 제품의 영역별 해상도에 부합되도록 제품을 제작할 수 있다.

그러나 위와 같은 경우, 프린팅되는 성형재료의 선폭이 변경될 때마다 직경이 다른 노즐로 교체해야 하는 과정이 필수적으로 수행되어야 하므로, 노즐 교체에 걸리는 시간으로 인하여 제품 완성까지 소요되는 전체 공정 시간이 길어지는 문제점이 있다.

또한, 다양하고 복잡한 3차원 형상을 구현하기 위해서는 노즐교체 이외에 노즐이나 프린팅 플레이트가 정밀하고 고속으로 움직일 수 있어야 하며, 이에 따라 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라, 높은 정밀도에 따른 제어의 복잡성으로 3차원 형상을 구현하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 서포터 등을 설계하여 복잡한 3차원 형상을 제작하는 방법이 수행되고 있으나, 이를 위해서는 3차원 형상에 부합되는 서포터의 설계뿐만 아니라, 서포터를 제거하기 위한 공정이 추가적으로 진행되어야 하므로, 3차원 형상을 제작하는 시간이 길어지는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2020-0003215호(발명의 명칭: 복합 형상 3D 물체 제작, 공개일: 2020.01.08)

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 성형재료가 적층되는 프린팅 플레이트가 전자기장에 의하여 형상이 변하는 재질로 구성되어, 전자기장의 인가에 따라 플레이트형상 변형부가 프린팅 플레이트의 영역을 선택적으로 변형시킴으로써 프린팅 플레이트에 적층된 성형재료의 선폭, 길이, 두께 및 형상을 변형시킬 수 있는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터 및 이의 운용방법을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 단부에 형성된 노즐부로부터 성형재료를 토출시키는 프린팅헤드와, 상기 노즐부로부터 토출되는 성형재료가 적층되되, 상기 성형재료가 적층되는 영역의 형상이 변하는 프린팅 플레이트와, 상기 프린팅 플레이트에 전자기장을 가하여 상기 프린팅 플레이트의 형상을 변형시키는 플레이트형상 변형부를 포함하는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터를 제공한다.

여기서, 상기 플레이트형상 변형부는 상기 프린팅 플레이트의 영역별로, 전자기장을 선택적으로 인가하는 복수개의 전자기장 인가부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 프린팅 플레이트는 전자기장에 반응하여 형상이 변형되는 물질로 구성된 변형부와, 상기 변형부를 감싸며, 신축성 재료로 구성되어 상기 변형부와 대응되는 형상으로 변형되는 외피부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 변형부는 전자기장에 반응하는 자성물질을 포함하는 유체 또는 자성유체(ferrofluid)로 구성될 수 있다.

또한, 상기 플레이트형상 변형부는 상기 프린팅헤드의 상부에 배치될 수 있다.

또한, 상기 플레이트형상 변형부는 상기 프린팅 플레이트의 하부에 배치될 수 있다.

또한, 상기 플레이트형상 변형부는 상기 프린팅헤드에 결합되되, 상기 노즐부의 외측부를 따라 배치될 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법에 있어서, 상기 플레이트형상 변형부에 전자기장이 인가되는 전자기장 인가단계와, 전자기장의 인가에 따라, 상기 플레이트형상 변형부가 상기 프린팅 플레이트의 형상을 제1 형상으로 변형시키는 제1 플레이트형상 변형단계와, 상기 프린팅 플레이트에 성형재료를 적층하는 성형재료 적층단계를 포함하는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법을 제공한다.

또한, 상기 성형재료 적층단계가 수행된 이후, 전자기장의 인가에 따라, 상기 플레이트형상 변형부가 상기 프린팅 플레이트의 형상을 제1 형상과 다른 제2 형상으로 변형시키는 제2 플레이트형상 변형단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법에 있어서, 상기 프린팅 플레이트에 성형재료를 적층하는 성형재료 적층단계와, 상기 플레이트형상 변형부에 전자기장이 인가되는 전자기장 인가단계와, 전자기장의 인가에 따라, 상기 플레이트형상 변형부가 상기 프린팅 플레이트의 형상을 변형시키는 플레이트형상 변형단계를 포함하는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법을 제공한다.

본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터 및 이의 운용방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 성형재료가 적층되는 프린팅 플레이트가 전자기장에 의하여 형상이 변하는 재질로 구성되어, 전자기장의 인가에 따라 플레이트형상 변형부가 프린팅 플레이트의 형상을 변형시킴으로써 프린팅 플레이트에 적층된 성형재료의 선폭, 길이, 두께 및 형상을 변형시킬 수 있는 이점이 있다.

둘째, 노즐의 교체 없이 프린팅 플레이트의 형상 변화에 따라 프린팅 플레이트에 적층된 성형재료의 선폭, 길이, 두께 및 형상을 변형시킬 수 있게 됨으로써 공정시간이 단축되고, 제작비용이 감소되는 이점이 있다.

셋째, 프린팅 플레이트의 영역별로 형상을 선택적으로 변화시킬 수 있게 됨으로써 프린팅 플레이트의 적층된 성형재료 중 특정 영역의 선폭, 길이, 두께 및 형상을 변형시킬 수 있는 이점이 있다.

넷째, 전자기장 인가부의 각도를 기울여 프린팅 플레이트의 형상을 수직방향뿐만 아니라, 동시에 수평방향으로도 형상을 변형시킬 수 있게 됨으로써, 복잡한 3차원 형상을 만들 수 있고, 특히 서포터 등이 필요한 형상에 대하여, 서포터의 설계, 제작, 제거 공정 없이 제작하고자 하는 복잡한 형상을 보다 용이하게 만들 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 플레이트형상 변형부에 의하여 프린팅 플레이트에 적층된 성형재료의 선폭, 길이, 두께 및 형상이 변형되는 제1 예시를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 플레이트형상 변형부에 의하여 프린팅 플레이트에 적층된 성형재료의 선폭, 길이, 두께 및 형상이 변형되는 제2 예시를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 플레이트형상 변형부에 의하여 프린팅 플레이트에 적층된 성형재료의 선폭, 길이, 두께 및 형상이 변형되는 제3 예시를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 플레이트형상 변형부에 의하여 프린팅 플레이트에 적층된 성형재료의 선폭, 길이, 두께 및 형상이 변형되는 제4 예시를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법의 일 실시예에 따른 단계를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법의 다른 실시예에 따른 단계를 도시한 도면이다.

이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 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 5를 참조하여, 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터는 프린팅헤드(100), 프린팅 플레이트(200), 플레이트형상 변형부(300) 및 경화부(400)를 포함한다.

상기 프린팅헤드(100)는 단부에 형성된 노즐부(110)로부터 성형재료(M)를 토출시키며, 이때, 상기 성형재료(M)는 열, 특정 파장의 빛 등이 가해질 경우에 경화되는 재료로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 프린팅 플레이트(200)는 상기 노즐부(110)로부터 토출되는 성형재료(M)가 적층되며, 전자기장에 의하여 형상이 변하는 재질로 구성된다.

구체적으로, 상기 프린팅 플레이트(200)는 변형부(210) 및 외피부(220)를 포함한다.

상기 변형부(210)는 전자기장에 반응하는 자성물질을 포함하는 유체로 구성될 수도 있고, 또는 자성유체(ferrofluid)로 구성되어 상기 외피부(220)에 수용되며, 상기 외피부(210)에는 성형재료(M)가 적층된다.

후술하는 상기 플레이트형상 변형부(300)로부터 전자기장이 인가되어 상기 변형부(210)의 형상이 변형됨에 따라, 상기 변형부(210)를 둘러싸는 상기 외피부(220)의 형상이 상기 변형부(210)의 형상에 대응되도록 변형되어, 결과적으로 성형재료(M)가 적층되는 영역의 형상이 변형된다.

여기서, 상기 플레이트형상 변형부(300)는 상기 프린팅 플레이트(200)에 전자기장을 가하여 상기 프린팅 플레이트(200)의 형상을 변형시키며, 상기 플레이트형상 변형부(300)는 상기 프린팅 플레이트(200)의 영역별로, 전자기장을 선택적으로 인가하는 복수개의 전자기장 인가부(310)를 포함하며, 상기 전자기장 인가부의 개수, 크기, 강도, 배치 간격 등을 기반으로 상기 프린팅 플레이트(200)의 형상을 변형시킬 때의 정밀도, 해상도를 조절할 수 있다.

또한, 상기 플레이트형상 변형부(300)는 상기 프린팅 플레이트(200)의 상부 및 하부 중 적어도 어느 한 곳에 배치될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

상기 경화부(400)는 상기 플레이트형상 변형부(300)에 의하여 상기 프린팅 플레이트(200)에 적층된 성형재료(M)의 변형을 완료시킨 후, 상기 경화부(400)가 상기 성형재료(M)에 열 또는 특정 파장의 빛을 조사함으로써 상기 성형재료(M)를 경화시킨다.

도 2 내지 도 5를 참조하여, 상기 플레이트형상 변형부(300)에 의하여 프린팅 플레이트(200)에 적층된 성형재료(M)의 선폭, 길이, 두께 및 형상이 변형되는 예시를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플레이트형상 변형부(300)에 전자기장이 인가되어 상기 플레이트형상 변형부(300)가 상기 프린팅 플레이트(200)의 형상을 제1 형상으로 변형시킨 후, 상기 프린팅헤드(100)의 노즐부(110)로부터 성형재료(M)를 분사하여, 제1 형상 상태의 상기 프린팅 플레이트(200)에 성형재료(M)를 적층한다.

구체적으로, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 전자기장 인가부는 상기 프린팅 플레이트(200)의 영역별로 선택적으로 전자기장을 인가함으로써 상기 플레이트형상 변형부(300)가 상기 프린팅 플레이트(200)의 영역을 선택적으로 변형시켜 상기 제1 형상으로 상기 프린팅 플레이트(200)를 변형시킨다.

이때, 상기 플레이트형상 변형부(300)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 프린팅 플레이트(200) 하부에 배치될 수도 있고, 또는 상기 프린팅 플레이트(200) 상부, 또는 상기 프린팅 플레이트(200) 상부 및 하부 모두 배치될 수 있으며, 상기 플레이트형상 변형부(300)는 상기 프린팅 플레이트(200)에 가하고자 하는 전자기장의 영역, 세기 등에 의하여 상기 프린팅 플레이트(200) 하부 및 상부 중 적어도 어느 한 곳에 선택적으로 배치할 수 있다.

이후, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 경화부(400)가 상기 프린팅 플레이트(200)에 적층된 성형재료(M)를 제1 형상으로 경화시킬 수도 있고, 또는 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 프린팅 플레이트(200)를 제1 형상과 다른 제2 형상으로 변형시킨 후, 경화시킬 수도 있다.

이때, 상기 제2 형상은 상기 프린팅 플레이트(200)의 영역별로 연속/불연속점을 가지는 형상일 수도 있고, 또는 플랫(flat)한 평면일 수도 있다.

또는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 플레이트형상 변형부(300)가 상기 프린팅 플레이트(200)의 영역을 선택적으로 변형시킨 후, 상기 프린팅 플레이트(200)에 성형재료(M)를 적층하되, 상기 프린팅 플레이트(200)의 변형은 상기 프린팅헤드(100)의 이동에 따른 것일 수 있다.

구체적으로, 상기 플레이트형상 변형부(300)는 상기 프린팅헤드(100)에 결합되되, 상기 노즐부(110)의 외측부를 따라 배치되어, 상기 프린팅헤드(100)가 이동함에 따라 상기 플레이트형상 변형부(300) 또한 동시에 이동하게 됨으로써 도 3의 (a)와 같이 상기 노즐부(110)로부터 상기 성형재료(M)가 분사되는 영역에 해당하는 상기 프린팅 플레이트(200)의 형상을 제1 형상으로 변형시키는 동시에 성형재료(M)를 상기 프린팅 플레이트(200)에 분사한다.

이후, 도 3의 (b)와 같이, 상기 프린팅헤드(100)의 이동에 따라 상기 성형재료(M)가 적층된 영역은 상기 프린팅헤드(100)에 결합된 플레이트형상 변형부(300)의 영향을 받지 않게 되므로, 상기 플레이트형상 변형부(300)의 영향을 받지 않았던 원래 상태로 복원된 상태에서 상기 경화부(400)에 의하여 상기 성형재료(M)가 경화될 수 있다.

또는, 도 3의 (c)와 같이, 상기 프린팅헤드(100)의 이동에 따라 상기 성형재료(M)가 적층된 영역은 상기 프린팅헤드(100)에 결합된 상기 플레이트형상 변형부(300)의 영향을 받지 않게 되더라도, 상기 프린팅 플레이트(200)의 하부에 배치된 플레이트형상 변형부(300)의 전자기장에 의하여 상기 프린팅 플레이트(200)를 제1 형상과 다른 제2 형상으로 변형시킨 후, 경화시킬 수도 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 플레이트형상 변형부(300)는 상기 프린팅 플레이트(200)에 성형재료(M)가 적층된 후, 상기 프린팅 플레이트(200)의 형상을 변형시킨다.

즉, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 프린팅 플레이트(200)에 성형재료(M)를 적층시킨 후, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 플레이트형상 변형부(300)가 상기 프린팅 플레이트(200)의 형상을 변형시키고, 상기 경화부(400)가 상기 프린팅 플레이트(200)에 적층된 성형재료(M)를 경화시킨다.

상술한 바와 같이, 상기 프린팅 플레이트(200)의 형상을 변화시킴으로써 노즐의 교체 없이 프린팅 플레이트(200)에 적층된 성형재료(M)의 선폭, 길이, 두께 및 형상을 변형시킬 수 있게 되어 연속/불연속적인 형상을 제작할 수 있으며, 이에 따라 3D 프린팅을 통해 완성된 제품의 전체 공정시간이 단축되고, 제작비용을 감소시킬 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 플레이트형상 변형부(300)는 복수개로 구성되는 전자기장 인가부(310)는 상기 전자기장의 인가에 따라 상기 프린팅 플레이트(200)를 수직방향(z축)으로 변형시킬 뿐만 아니라, 상기 전자기장 인가부(310)가 배치되는 각도를 수직방향을 기준으로 일정각도로 기울임으로써 상기 프린팅 플레이트(200)의 형상을 수직방향의 변형과 동시에 수평방향으로 변형시킬 수 있다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전자기장 인가부(310)가 θ각도만큼 기울어진 상태에서 전자기장을 인가하게 되면, 전자기장의 영향을 받는 상기 프린팅 플레이트(200) 영역 또한, θ각도만큼 기울어진 형상으로 변형된다.

상기 전자기장 인가부(310) 중 어느 하나의 전자기장 인가부(310)의 각도를 기울여 상기 프린팅 플레이트(200)의 형상을 수직방향뿐만 아니라, 동시에 수평방향으로도 형상을 변형시킬 수 있게 됨으로써, 복잡한 3차원 형상을 만들 수 있고, 특히 서포터 등이 필요한 형상에 대하여, 서포터의 설계 및 제작 없이 제작하고자 하는 입체형상을 만들 수 있게 된다.

도 5를 참조하여 설명한 프린팅 플레이트(200)의 변형은 성형재료(M)의 적층 전에 수행될 수도 있고, 또는 성형재료(M) 적층 후에 수행될 수 있다.

도 1 내지 도 3, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법의 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법의 일 실시예는 전자기장 인가단계(S100), 제1 플레이트형상 변형단계(S300) 및 성형재료 적층단계(S500)를 포함한다.

상기 전자기장 인가단계(S100)에서는 상기 플레이트형상 변형부(300)에 전자기장을 인가하고, 상기 제1 플레이트형상 변형단계(S300)에서 전자기장의 인가에 따라, 상기 플레이트형상 변형부(300)가 상기 프린팅 플레이트(200)의 형상을 제1 형상으로 변형시킨다.

이후, 상기 성형재료 적층단계(S500)에서 상기 프린팅 플레이트(200)에 성형재료(M)를 적층한다.

상기 성형재료 적층단계(S500)가 수행된 이후, 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법의 일 실시예는 성형재료 경화단계(S700)를 더 포함하며, 상기 성형재료 경화단계(S700)는 상기 프린팅 플레이트(200)가 제1 형상을 유지한 상태로 상기 경화부(400)에서 열, 특정 파장의 빛을 상기 성형재료(M)에 조사함으로써 상기 플레이트형상 변형부(300)에 의하여 변형이 완료된 상태의 성형재료(M)를 경화시킨다.

또는, 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법의 일 실시예는 제2 플레이트형상 변형단계(S600)를 더 포함하여, 상기 제1 플레이트형상 변형단계(S300)가 수행된 이후, 상기 제2 플레이트형상 변형단계(S600)에서 전자기장의 인가에 따라, 상기 플레이트형상 변형부(300)가 상기 프린팅 플레이트(200)의 형상을 제1 형상과 다른 제2 형상으로 변형시키고, 상기 성형재료 경화단계(S700)에서 상기 프린팅 플레이트(200)가 제2 형상을 유지한 상태로 상기 경화부(400)에서 열, 특정 파장의 빛을 상기 성형재료(M)에 조사함으로써 상기 플레이트형상 변형부(300)에 의하여 변형이 완료된 상태의 성형재료(M)를 경화시킬 수도 있다.

또는, 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법의 일 실시예에서 상기 전자기장 인가단계(S100)가 수행되기 전에 상기 전자기장 인가부(310)의 각도를 기울이는 전자기장 인가부 틸팅단계를 수행할 수 있다.

상기 전자기장 인가부 틸팅단계를 수행함에 따라 상기 전자기장 인가부(310)의 각도를 기울여 상기 프린팅 플레이트(200)의 형상을 수직방향뿐만 아니라, 동시에 수평방향으로도 형상을 변형시킬 수 있게 됨으로써, 복잡한 3차원 형상을 만들 수 있고, 특히 서포터 등이 필요한 형상에 대하여, 서포터의 설계, 제작, 제거 공정 없이 제작하고자 하는 복잡한 형상을 보다 용이하게 만들 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법의 일 실시예를 통해 제작하고자 하는 3D 구조물이 다층구조로 제작되어야 하는 경우, 상기 성형재료 경화단계(S700)를 수행한 이후, 제작하고자 하는 3D 구조물의 형상에 대응되도록 상기 프린팅 플레이트(200)에 적층된 상기 성형재료(M)의 상부 영역으로 성형재료를 반복적층하는 과정을 수행함으로써, 3D 구조물을 제작할 수 있도록 할 수 있다.

도 1, 도 4, 도 5 및 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법의 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법의 다른 실시예는 성형재료 적층단계(S100'), 전자기장 인가단계(S300') 및 플레이트형상 변형단계(S500')를 포함한다.

상기 성형재료 적층단계(S100')에서는 상기 프린팅 플레이트(200)에 성형재료(M)를 적층하고, 이후, 상기 전자기장 인가단계(S300')에서 상기 플레이트형상 변형부(300)에 전자기장이 인가됨에 따라, 플레이트형상 변형단계에서 상기 플레이트형상 변형부(300)가 상기 프린팅 플레이트(200)의 형상을 변형시킴으로써 상기 프린팅 플레이트(200)에 적층된 상기 성형재료(M)의 형상을 변형시킨다.

본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법의 다른 실시예는 성형재료 경화단계(S700')를 더 포함할 수 있으며, 상기 성형재료 경화단계(S700')는 상기 프린팅 플레이트(200)가 변형된 형상을 유지한 상태로 상기 경화부(400)에서 열, 특정 파장의 빛을 상기 성형재료(M)에 조사함으로써 상기 플레이트형상 변형부(300)에 의하여 변형이 완료된 상태의 성형재료(M)를 경화시킨다.

또는, 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법의 다른 실시예에서 상기 전자기장 인가단계(S300')가 수행되기 전에 상기 전자기장 인가부(310)의 각도를 기울이는 전자기장 인가부 틸팅단계를 수행할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법의 다른 실시예를 통해 제작하고자 하는 3D 구조물이 다층구조로 제작되어야 하는 경우, 상기 성형재료 경화단계(S700')를 수행한 이후, 제작하고자 하는 3D 구조물의 형상에 대응되도록 상기 프린팅 플레이트(200)에 적층된 상기 성형재료(M)의 상부 영역으로 성형재료를 반복적층하는 과정을 수행함으로써, 3D 구조물을 제작할 수 있도록 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시예에 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.

100: 프린팅헤드
110: 노즐부
200: 프린팅 플레이트
210: 변형부
220: 외피부
300: 플레이트형상 변형부
310: 전자기장 인가부
400: 경화부
M: 성형재료

Claims

단부에 형성된 노즐부로부터 성형재료를 토출시키는 프린팅헤드;
상기 노즐부로부터 토출되는 성형재료가 적층되되, 상기 성형재료가 적층되는 영역의 형상이 변하는 프린팅 플레이트; 및
상기 프린팅 플레이트에 전자기장을 가하여 상기 프린팅 플레이트의 형상을 변형시키는 플레이트형상 변형부;를 포함하는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 플레이트형상 변형부는 상기 프린팅 플레이트의 영역별로, 전자기장을 선택적으로 인가하는 복수개의 전자기장 인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 프린팅 플레이트는,
전자기장에 반응하여 형상이 변형되는 물질로 구성된 변형부; 및
상기 변형부를 감싸며, 신축성 재료로 구성되어 상기 변형부와 대응되는 형상으로 변형되는 외피부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터.
제3항에 있어서,
상기 변형부는 전자기장에 반응하는 자성물질을 포함하는 유체 또는 자성유체(ferrofluid)로 구성되는 것을 특징으로 하는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 플레이트형상 변형부는 상기 프린팅헤드의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 플레이트형상 변형부는 상기 프린팅 플레이트의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 플레이트형상 변형부는 상기 프린팅헤드에 결합되되, 상기 노즐부의 외측부를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법에 있어서,
상기 플레이트형상 변형부에 전자기장이 인가되는 전자기장 인가단계;
전자기장의 인가에 따라, 상기 플레이트형상 변형부가 상기 프린팅 플레이트의 형상을 제1 형상으로 변형시키는 제1 플레이트형상 변형단계; 및
상기 프린팅 플레이트에 성형재료를 적층하는 성형재료 적층단계;를 포함하는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법.
제8항에 있어서,
상기 성형재료 적층단계가 수행된 이후, 전자기장의 인가에 따라, 상기 플레이트형상 변형부가 상기 프린팅 플레이트의 형상을 제1 형상과 다른 제2 형상으로 변형시키는 제2 플레이트형상 변형단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법에 있어서,
상기 프린팅 플레이트에 성형재료를 적층하는 성형재료 적층단계;
상기 플레이트형상 변형부에 전자기장이 인가되는 전자기장 인가단계; 및
전자기장의 인가에 따라, 상기 플레이트형상 변형부가 상기 프린팅 플레이트의 형상을 변형시키는 플레이트형상 변형단계;를 포함하는 프린팅 플레이트의 형상이 가변되는 3D 프린터의 운용방법.