KR102287045B1 - 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법 - Google Patents

자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법 Download PDF

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김윤진
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Abstract

본 발명은 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법에 관한 것으로, 열성형성 소재의 평면 기판 위에 연신성 발열 소재를 인쇄하여 제1 기판을 형성하고, 곡면 구조 또는 3차원 구조로 서로 치합되는 상부 및 하부 성형 프레임으로 구성된 몰드를 준비하고, 상부 및 하부 성형 프레임 사이에 위치하도록 제1 기판을 공급하는 단계와 제1 기판이 공급된 몰드를 가압하면서 열을 공급하여 열 성형하는 단계, 및 몰드를 제거하고 냉각, 절단하여 곡면 구조 또는 3차원 구조의 히터를 완성하는 단계를 포함한다.

Description

자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법{Curved heater manufacturing method}
본 발명은 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 전기에너지를 열에너지로 전환하여 열을 발생시키는 곡면형 구조로 된 히터를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
발열 히터는 직류 또는 교류 전압을 걸어주어 전도성 발열 물질에 전류가 흐르게 되면서 전기에너지가 열에너지로 전환되어 발열하게 된다.
선형 또는 평판형의 일반적 형태의 히터는 적용 분야와 환경 상황에 따라 편의성 있고 대응적으로 적용하는데 어려움이 있어 최근 들어 다양한 구조의 면상 발열 히터가 개발되고 있는 실정이다.
곡면형의 히터나 웨어러블한 유연 히터 등이 개발되고 있는데, 이러한 히터들은 특정 적용 분야에 있어서 경쟁력을 가질 수 있다.
예컨대 웨어러블 기기용 히터의 경우 선형 및 평판형의 경우보다 곡면형의 경우에 보다 효율적인 난방을 구현할 수 있으며, 자동차용 수송용 기기 히터의 경우에도 곡면형 내장부품에 적용 가능한 곡면형 히터가 난방 효율 및 디자인 측면에서 더욱 유리할 수 있다.
특히, 2방향 이상으로 곡률을 가지는 자유곡면형의 3차원 구조의 곡면형의 히터는 웨어러블 기기나 자동차용이나 수송용 기기 등 적용 대상의 특이성에 부합하여 고난방 효율과 적응성에서 우수한 효과를 기대할 수 있음에도 일반적인 선형 또는 평판형 히터에 비해 제조공정의 어려움과 비용 증가의 문제가 도출될 수 있다.
기존에는 자유 곡면형 3차원 구조의 히터를 구현하기 위해 자유곡면체로 가공된 대상체 표면 위에 별도로 제조된 선형 발열체인 열선을 감거나, 띠 모양의 필름 히터를 부착하는 방법을 활용하여 제조되었다. 이러한 방식은 복잡한 구조의 3차원 대상체에는 적용하기 어렵고, 특히 대상체 표면에 밀착되어 일체화된 형태로 적용하기는 매우 어렵다. 또한 대상체 전체 면에 적용하기 보다는 일정 간격을 두고 열선, 띠 히터를 감는 방식으로 적용되기 때문에 대상체를 균일하게 가열하기 어렵고 온도 편차가 크게 발생할 수 있다.
“구부리거나 접는 수준의 유연성"을 가지는 판상의 필름 히터를 이용하여 곡면형 히터를 구현할 수 있지만, 한 방향으로 곡률이 형성된 곡면(1축 곡면)의 경우에만 적용 가능하며, 2개 방향 이상의 곡률이 형성된 자유곡면의 경우에는 필연적으로 필름 히터의 수축, 연신이 반드시 수반되기 때문에 "구부리거나 접는 수준의 유연성"을 가지는 필름 히터는 적용하기는 어렵다.
그리고, 이들 공지된 방식은 필름 부착의 내구성이나 신뢰성이 떨어질 수 있고, 특히 고온의 발열환경에서는 부착된 필름의 박리가 발생할 가능성이 매우 높다. 또한, 외관이 좋지 못하며, 제품 두께가 두꺼워지고, 세련된 디자인을 구현하기 어렵다.
또한, 이러한 부착 방식은 접착층이나 별도의 필름(히터의 기판, 접착용 필름 등)이 요구되고, 복합한 공정으로 인해 제조 비용이 증가하는 문제가 있다.
이외에도 자유곡면형 대상체에 직접 인쇄 코팅을 통해 자유곡면형의 3차원 히터를 제조할 수 있는데, 이를 위해서는 별도의 공정 설비가 요구되고 제조 공정이 복잡하여 공정 비용이 증가될 수 있으며, 대량생산에 어려움이 따를 수 있다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 기존의 인쇄공정 기술을 그대로 활용하면서 성형기술을 추가로 도입함으로써, 발열체가 적용된 평판체를 다양한 형태와 크기의 자유 곡면형 히터로 용이하게 변형하여 간단하게 제조할 수 있는 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법은 열성형성 소재의 평면 기판 위에 연신성 발열 소재를 인쇄하여 제1 기판을 형성하는 단계와, 곡면 구조 또는 3차원 구조로 서로 치합되는 상부 및 하부 성형 프레임으로 구성된 몰드를 준비하고, 상기 상부 및 하부 성형 프레임 사이에 위치하도록 상기 제1 기판을 공급하는 단계, 상기 제1 기판이 공급된 몰드를 가압하면서 열을 공급하여 열 성형하는 단계, 및 상기 몰드를 제거하고 냉각, 절단하여 곡면 구조 또는 3차원 구조의 히터를 완성하는 단계를 포함한다.
이때 상기 제1 기판을 형성하는 단계 또는 상기 히터를 완성하는 단계에서 전극을 형성하는 단계를 추가할 수 있다.
여기에서 상기 열성형성 소재는 열가소성(thermoplastic) 고분자 물질일 수 있다.
일 실시예로서 상기 열성형성 소재는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌(polyethylene,PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR), 폴리에테르술폰(polyether sulfon, PES), 및 이들이 복수 개로 구성된 공중합체 물질 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
또한 본 발명의 실시예에서, 상기 연신성 발열 소재는, 탄소나노튜브, 카본파이버, 카본블랙, 탄소나노플레이트, 탄소플레이트, 그래핀, 나노금속입자, 나노금속와이어 중에서 선택된 어느 하나 이상의 전도성 필러 및 고분자 바인더를 포함할 수 있다.
여기에서 연신성 발열 소재는 최초 체적 대비 5% 이상으로 연신하는 경우, 소재의 물리적 또는 화학적 특성이 유지되고, 저항 변화율이 30% 이내인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1기판에 인쇄된 연신성 발열 소재는 면저항 1 내지 200 Ω/sq의 범위로 형성될 수 있으나 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
한편 본 발명의 다른 측면에 따른 실시예에서, 상기 제1 기판을 형성하는 단계는, 연신성 발열 소재와 함께 연신성 전극 소재를 인쇄하는 것이다.
여기에서 연신성 전극 소재는, 금속입자, 금속나노와이어, 판상형 금속입자, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본블랙, 그래핀복합 카본블랙 중에서 선택된 어느 하나 이상의 전도성 필러 및 고분자 바인더를 포함할 수 있다.
여기에서 연신성 전극 소재는 최초 체적 대비 5% 이상으로 연신하는 경우, 소재의 물리적 또는 화학적 특성이 유지되고, 저항 변화율이 30% 이내인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1기판에 인쇄된 연신성 전극 소재는 비저항 10-3 내지 10-6 Ωcm의 범위로 형성될 수 있으나 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에서, 상기 열 성형하는 단계는, 열 성형온도 110 ~ 200℃, 가압 압력 0.01 ~ 200 kg/cm2, 성형시간 5초 ~ 15분인 조건에서 수행될 수 있다.
이 과정에서 가압 방향과 열이 공급되는 방향은 상기 제1 기판의 발열 소재 및 전극 소재가 인쇄된 면 방향일 수 있다.
본 발명은 기존의 선형 또는 평면형의 히터 구조 이외에 다양한 형태와 크기의 곡면을 가지는 히터를 제공할 수 있어 기존 히터에 비해 난방 효율을 높일 수 있으며, 자동차용 또는 수송용 기기 등에서 적용할 때 디자인 개선 측면에서 유리한 효과가 있다.
본 발명에 따르면 산업시장에서 원하는 곡면형 구조의 다양한 몰드를 활용하고 기존의 인쇄공정 기술을 그대로 활용하면서 성형기술을 추가하여 제작할 수 있기 때문에 간단하고 용이하게 다양한 형태와 크기의 곡면형 히터를 제조할 수 있다.
본 발명은 발열체가 적용된 평판체를 3차원의 다양한 형태와 크기를 가지는 곡면형 히터로 용이하게 변형하여 제조하므로 제조시간과 제조단가의 절감 및 이로 인한 제조비용 개선의 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법의 흐름도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 제조방법의 일 실시예에 따른 제조 단계별 개념도이다.
도 6 내지 도 7은 도 1의 제조방법의 일 실시예에 따라 제조된 다양한 자유 곡면형 3차원 구조의 면상 히터의 단면도이다.
이하, 본 발명의 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며, 아래에 설명되는 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법의 흐름도이며, 도 2 내지 도 5는 도 1의 제조방법에 따른 제조 단계별 개념도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다.
본 발명의 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법은 기판 가공과 몰드 준비, 열압착 성형, 냉각 및 절단을 통한 곡면 구조 또는 3차원 구조의 히터를 완성하는 과정을 거친다.
도 1을 참조하면, 열성형성 소재로 구성된 평면의 기판을 준비한다(S10).
이와 별개로 디자인하고자 하는 히터의 곡면형 또는 3차원 구조의 성형 프레임을 가지는 몰드를 준비한다(S30). 도 1의 흐름도에 나타난 실시예에서는 순차적으로 나타나고 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 있어서, “열성형성”은 열을 가하여 연화된 상태로 성형할 수 있는 특성을 의미하며 특히 고분자 물질 중에서 가온 가공할 수 있는 소재의 특성을 통칭하는 것으로 정의한다.
열성형성 소재는 열가소성(thermoplastic) 고분자 물질이 바람직하다.
열가소성 고분자 물질은 열을 가했을 때 연화되거나 녹아서 형태가 변형되었다가 온도가 충분히 낮아지면 고체 상태로 돌아가는 고분자 물질로서 열에 의해 가역적인 특징을 지닌다.
본 발명의 일 실시예로서 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌(polyethylene,PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR), 폴리에테르술폰(polyether sulfon, PES), 및 이들이 복수 개로 구성된 공중합체 물질이 사용될 수 있다.
열성형성 소재로 구성된 기판은 평판형을 사용하는데, 곡면이나 3차원 구조의 디자인 제품에 발열체를 적용하여 히터를 제작하는 종래 기술에 비해 평판체 기판을 처음부터 이용하여 제작하므로 제조공정이 용이한 장점이 있다.
이들 평판체 기판 위에 발열 소재와 전극 소재를 패터닝하여 인쇄한다(S20).
발열 소재와 전극 소재의 인쇄 패턴은 목적하는 곡면형 또는 3차원 구조의 히터를 제조하기 위해 적응성이 높은 형태로 다양하게 형성할 수 있다.
도 1에 도시한 실시예에서는 연신성의 발열 소재와 연신성의 전극 소재를 함께 기판에 인쇄하는 것을 개시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉 연신성의 발열 소재는 기판 위에 인쇄되어 이후 열압착 성형 공정을 통해 히터로 제조되고, 전극은 별도로 히터를 제조하는 과정에서 형성할 수 있다.
구체적으로는 제1 기판을 형성하는 단계에서 연신성 발열 소재가 인쇄되기 전에 먼저 전극을 형성할 수 있으며, 다른 실시예로서는 열압착 성형 공정이 끝난 후 면상 히터를 완성하는 단계에서 전극을 형성하는 단계를 추가할 수 있다.
도 1의 실시예에 개시된 바와 같이 연신성 발열 소재와 연신성 전극 소재가 함께 인쇄되어 제작되는 방식이 아닐 경우, 다른 실시예로서 면상 히터 제조방법에서 전극을 형성할 때에는 해당 전극 소재가 반드시 연신성이 있어야 할 필요는 없다.
도 2의 개념도에서는 열성형성 소재로 구성된 평면 기판(100) 위에 발열 소재와 전극 소재(110)이 인쇄된 것을 간략하게 도시하였으나, 이는 하나의 실시 형태일 뿐이며, 목적하고자 하는 적용 제품과 규격 등에 따라 발열 소재의 패턴과 전극 소재의 패턴이 다양하게 구성되어 인쇄될 수 있다.
도 2의 참조부호 110은 분리되어 다양하게 형성될 수 있는 발열 소재와 전극 소재를 통칭하는 것으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 발열 소재는 연신성이 있는 소재로서 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 탄소나노튜브, 카본파이버, 카본블랙, 탄소나노플레이트, 탄소플레이트, 그래핀, 나노금속입자, 나노금속와이어 중에서 선택된 어느 하나 이상의 전도성 필러 및 고분자 바인더를 포함할 수 있다.
그 중에서도 전도성 필러는 은(Ag) 나노와이어를 사용하고, 고분자 바인더는 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스(Hydroxypropyl methylcellulose)를 사용하는 것이 기판에의 인쇄 성능을 높이고, 부착성과 발열 특성에 대한 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있어 바람직하다.
연신성 발열 소재는 인쇄된 발열 소재 최초 체적 대비 5% 이상으로 연신하게 될 경우 소재의 물리적 특성과 화학적 특성이 그대로 유지되는 것이 바람직하다.
또한 최초 체적 대비 5% 이상으로 연신하게 될 경우 발열 소재의 저항 변화율이 30% 이하인 특성의 물질이 사용되는 것이 바람직하다.
평면 기판(100) 상에 인쇄된 연신성 발열 소재의 면저항이 1 내지 200 Ω/sq의 범위 이내로 형성될 수 있도록 발열 소재를 차별화하는 것이 필요하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 전극 소재는 연신성이 있는 소재로서 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 금속입자, 금속나노와이어, 판상형 금속입자, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본블랙, 그래핀복합 카본블랙 중에서 선택된 어느 하나 이상의 전도성 필러 및 고분자 바인더를 포함할 수 있다.
그 중에서도 전도성 필러는 은(Ag) 나노와이어를 사용하고, 고분자 바인더는 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스(Hydroxypropyl methylcellulose)를 사용하는 것이 기판에의 인쇄 성능을 높이고 부착성과 우수한 전도성과 신뢰성을 향상시킬 수 있어 바람직하다.
연신성 전극 소재는 인쇄된 전극 소재 최초 체적 대비 5% 이상으로 연신하게 될 경우 소재의 물리적 특성과 화학적 특성이 그대로 유지되는 것이 바람직하다.
또한 최초 체적 대비 5% 이상으로 연신하게 될 경우 전극 소재의 저항 변화율이 30% 이하인 특성의 물질이 사용되는 것이 바람직하다.
평면 기판(100) 상에 인쇄된 연신성 전극 소재의 비저항 10-3 내지 10-6 Ωcm의 범위로 형성될 수 있도록 전극 소재를 차별화하는 것이 필요하다.
본 발명의 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법에 따르면 평면체 기판 상에 발열 소재와 전극 소재를 인쇄공정으로 패터닝하여 제1 기판(100)을 제작한 후 열압착 성형과정을 거치기 때문에 기판의 열가소성 특징과 발열 소재와 전극 소재의 연신성(신축성) 특징이 필수적이다.
일반적인 종래의 기판 소재, 발열 소재, 전극 소재의 대부분은 신축 특성을 가지지 못하여 열성형에 이용될 수 없는데, 이는 열성형 과정을 거치면서 매끈한 곡면을 형성하지 못하고 구부러지거나 주름이 생기거나 찢어지는 문제가 발생하기 때문이다.
특히 기존의 발열 소재와 전극 소재의 경우 3% 이상의 신장률(인장율)을 가지지 못하여 열성형 과정에서 발열 소재의 발열 특성과 전극 소재의 전도성이 크게 손실되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제조방법은 열성형성이 있는 소재로서 곡면 형상 또는 3차원 형상으로 제작이 가능한 기판과, 열성형을 통해 곡면으로 변형되는 과정에서 수반되는 신축에 대해서 전기적, 물리적으로 안정적인 특성을 유지할 수 있는 연신성의 발열 소재와 연신성의 전극 소재를 이용하여 우수한 품질 특성의 곡면형 히터를 제조할 수 있다.
연신성 발열 소재와 연신성 전극 소재가 인쇄된 제1 기판은 원하는 곡면형 또는 3차원 구조의 성형 프레임을 가지는 몰드에 안착되어 열압착 공정을 진행하게 된다(S40).
본 발명에 있어서, “곡면형”, “곡면 형상” 또는 “곡면 구조”는 하나 이상의 축 방향으로 같거나 다른 곡률을 가지는 곡선의 집합을 포함하는 형태를 의미한다. 또한 본 발명에서 “3차원 형상” 또는 “3차원 구조”는 특정한 형태에 제한되지 않은 다양한 형태를 포함한 입체 형상을 의미한다.
이에 앞서 곡면형 성형 프레임을 가지는 몰드를 제작하여 준비하는 과정(S30)을 거치는데, 일 실시예로서 몰드의 형태는 도 3에 도시하였다.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드(120)는 목적하는 디자인의 형태, 즉 소정의 곡률을 가지는 원형 또는 타원형의 성형 프레임을 구비한다.
상기 성형 프레임은 형태가 서로 치합(致合)되는 상부 프레임과 및 하부 성형 프레임으로 구성된다.
도 3과 같이, 발열 소재와 전극 소재(110)가 인쇄된 평판형의 제1 기판(100)이 몰드(120)의 상부 성형 프레임과 하부 성형 프레임 사이에 위치되도록 공급, 안착된다.
그런 다음 도 4에 개시된 바와 같이, 곡면형 또는 3차원 구조의 히터가 생성되도록 기판의 곡면형 구조를 열압착 가공하여 성형한다(S40). 일반적인 열압착 프레임 공정을 이용할 수 있으나 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
열압착의 성형 공정에서 가압 후 열을 공급하거나, 혹은 가압하면서 동시에 열을 가하여 성형할 수 있다.
바람직하게, 열 성형온도 110 ~ 200℃로 설정할 수 있고, 가압 압력 0.01 ~ 200 kg/cm2, 성형시간 5초 ~ 15분인 조건에서 수행될 수 있다.
열압착 공정에서 가압방향과 열이 공급되는 방향은 기판(100)의 발열 소재와 전극 소재가 인쇄된 면의 방향이며 균일하게 가압하고 가열하도록 제조 설비를 제어할 수 있어야 한다.
열성형 공정(S40)이 끝나면 몰드를 제거하고 최종적으로 곡면형 히터를 가공하여 제조한다(S50). 최종 과정에는 몰드 제거, 냉각, 절단, 및 마무리 공정이 포함되는데, 몰드 제거와 냉각의 과정은 순서에 제한되지 않는다. 즉, 몰드를 제거한 후에 일정 시간 동안 온도를 낮추는 냉각 과정을 거치거나, 몰드와 함께 곡면형 히터를 그대로 일정 시간 동안 냉각시킨 후 몰드를 제거할 수 있다.
도 5에는 몰드가 제거된 곡면 구조의 히터를 도시하였다.
도 5는 기판 상에 부착, 적용된 발열 소재와 전극 소재가 신장된 상태로 곡면으로 매끈하게 가공된 히터의 단면도를 도시하였는데, 이 상태에서 곡면형 히터의 최종제품을 만들기 위해 곡면이 아닌 나머지 평면상의 가공 부분은 절단되어 마무리하는 공정이 진행된다.
도 5에서 최종적으로 제조된 면상 히터의 단면도를 참조하면, 보이는 1축 방향으로 소정의 곡률을 가지는 면상 히터가 제조된 것인데, 보이지 않는 다른 축 방향으로 상기 소정의 곡률과는 다른 곡률을 가지는 자유 타원형 구조인 면상 히터를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
기존의 곡선 형태의 구조를 가지는 히터들을 제조하는 방식은 그 형태가 자유 곡면으로서 다양한 곡률을 가지는 경우 그 디자인에 적응적으로 간편하게 제작할 수 없다. 열선을 형태에 따라 감거나 필름을 사전에 디자인하여 부착한다 하더라도 다양한 축방향으로 곡률을 가지는 3차원 곡면 구조의 히터에 들뜸 없이 모든 면상에서 발열하도록 제작하기가 매우 어렵다.
본 발명의 제조방법에 따르면 3차원 자유 곡면 구조의 어떠한 면상 히터라도 상부 및 하부 프레임을 그 형태에 따라 제작하여 사용할 경우 용이하고 간편하면서도 신뢰성 있는 히터를 제작할 수 있는 장점이 있다.
도 6 내지 도 7에서는 다양한 자유 곡면의 면상 히터의 디자인에 따라 도 1의 제조방법으로 제조된 자유 곡면형 면상 히터의 단면도를 나타내었다.
도 6은 3차원 구조의 면상 히터의 좌우 방향으로 적어도 3개의 서로 다른 곡률을 가지는 히터를 디자인 형태 그대로 용이하게 제조한 것을 개시한 것이며, 도 7은 좀더 복잡한 형태의 히터 중에서 특히 콜라병 형태의 면상 히터를 예시적으로 도시한 것이다.
일례로 콜라병과 같은 복잡한 자유 곡면을 지닌 심미적인 다양한 디자인의 면상 히터일 경우에도 본 발명의 제조방법에 따르면 도 7과 같이 절반의 형태로 나누어 몰드를 제작하여 하나의 완전체로 결합하거나 혹은 전체 형태의 몰드를 제작하여 히터를 제조할 수 있다.
이렇듯 어떠한 다양한 곡률을 지닌 자유 곡면의 3차원 디자인의 면상 히터에도 본 발명의 제조방법은 적응적이고 용이하게 제작할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100: 기판
110: 발열소재 및/또는 전극소재
120: 몰드

Claims (12)

  1. 열성형성 소재의 평면 기판 위에 연신성 발열 소재와 연신성 전극 소재를 인쇄하여 제1 기판을 형성하는 단계;
    곡면 구조 또는 3차원 구조로 서로 치합되는 상부 및 하부 성형 프레임으로 구성된 몰드를 준비하고, 상기 상부 및 하부 성형 프레임 사이에 위치하도록 상기 제1 기판을 공급하는 단계;
    상기 제1 기판이 공급된 몰드를 가압하면서 열을 공급하여 열 성형하는 단계; 및
    상기 몰드를 제거하고 냉각, 절단하여 곡면 구조 또는 3차원 구조의 히터를 완성하는 단계를 포함하는 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열성형성 소재는 열가소성(thermoplastic) 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열성형성 소재는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌(polyethylene,PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR), 폴리에테르술폰(polyether sulfon, PES), 및 이들이 복수 개로 구성된 공중합체 물질 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연신성 발열 소재는,
    탄소나노튜브, 카본파이버, 카본블랙, 탄소나노플레이트, 탄소플레이트, 그래핀, 나노금속입자, 나노금속와이어 중에서 선택된 어느 하나 이상의 전도성 필러 및 고분자 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연신성 발열 소재는 최초 체적 대비 5% 이상으로 연신하는 경우, 소재의 물리적 또는 화학적 특성이 유지되고, 저항 변화율이 30% 이내인 것을 특징으로 하는 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1기판에 인쇄된 연신성 발열 소재는 면저항 1 내지 200 Ω/sq의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연신성 전극 소재는,
    금속입자, 금속나노와이어, 판상형 금속입자, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본블랙, 그래핀복합 카본블랙 중에서 선택된 어느 하나 이상의 전도성 필러 및 고분자 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 연신성 전극 소재는 최초 체적 대비 5% 이상으로 연신하는 경우, 소재의 물리적 또는 화학적 특성이 유지되고, 저항 변화율이 30% 이내인 것을 특징으로 하는 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1기판에 인쇄된 연신성 전극 소재는 비저항 10-3 내지 10-6 Ω·cm의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 열 성형하는 단계는, 열 성형온도 110 ~ 200℃, 가압 압력 0.01 ~ 200 kg/cm2, 성형시간 5초 ~ 15분인 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 자유 곡면형 3차원 구조 면상 히터 제조방법.
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