KR102341208B1 - 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3d 프린팅 방법 - Google Patents

상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3d 프린팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법으로서, 스테이지 상에 제1 슬러리를 제공하는 제1 적층 단계, 상기 제1 슬러리에 광을 조사하여 제1 목적물의 일 단면 및 상기 제1 목적물과 소정의 거리만큼 이격된 제1 주변물의 일 단면을 형성하는 제1 경화 단계, 상기 제1 목적물이 형성될때까지 상기 제1 적층 단계 및 상기 제1 경화 단계를 반복하는 단계, 상기 제1 목적물을 덮도록 제2 슬러리를 제공하는 제2 적층 단계, 상기 제2 슬러리에 광을 조사하여 제2 목적물의 일 단면 및 상기 제2 목적물과 상기 소정의 거리만큼 이격된 제2 주변물의 일 단면을 형성하는 제2 경화 단계 및 상기 제2 목적물이 형성될때까지 상기 제2 적층 단계 및 상기 제2 경화 단계를 반복하는 단계를 포함한다.

Description

상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법{3D printing method for forming stacked structures of different materials}
본 발명은 층간 혼합이 방지되는 적층 제조 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 목적물뿐만 아니라, 각 층 전면을 경화함으로써, 혼합영역 없이 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법에 관한 것이다.
도 1은 다조성 적층구조의 구성을 나타낸 단면도이고 도 2의 (a) 내지 (f)는 기존의 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법을 나타낸 공정도이다.
구조체(110)는 매우 얇은 두께의 층으로 각 단면을 적층하며 경화하는 방식으로 3D 프린팅 된다. 이때, 목적물이 적층되면서 조성을 달리하는 구조로 제작하기 위해서는 부위별로 조성을 특정하여 순차적으로 제작하는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 하나의 부분을 동일한 조성으로 적층하고 다음 부분을 다음 조성으로 적층하는 것을 반복하는 방식으로 제조하는 것이다. 예컨대, 도 1의 경우 제1 목적물(110a)은 동일한 조성의 제1 목적물의 단면(111a) 여섯 개가 적층되어 구성된다. 이러한 적층 방식을 따를 경우 조성이 바뀐 제2 목적물(110b)의 초기 적층 단면인 제2 목적물의 일 단면(111b)에 비균질 혼합영역이 형성되는 문제가 있다.
해당 문제에 대하여 도 2의 제조방법을 참조하여 추가 설명한다.
상이한 조성의 적층구조를 형성하기 위해서 각 적층구조 별로 다른 물질을 쌓아야 한다. 다른 물질로 쌓는 방법이 여러가지가 있을 수 있으나, 각 적층구조 별로 설정된 물질을 스테이지의 일측에 토출하고, 이를 블레이드로 전면에 펼치는 적층구조 형성방법이 적합하다.
구체적으로 설명하면, 도 2의 (a)와 같이 스테이지(240)의 일측에 제1 슬러리(280)를 제1 노즐(260)로 토출한다.
이후 도 2의 (b)와 같이 블레이드(250)가 스테이지(240)의 일측에서 타측으로 스테이지(240)로부터 균일한 거리만큼 이격된 채 이동한다. 이로 인해 제1 슬러리(280)는 블레이드(250)가 스테이지(240)와 이격된 거리만큼을 두께로 갖는 제1 슬러리 레이어(281)로 펼쳐진다. 이후 도2의 (c)와 같이 제1 슬러리 레이어(281)의 제1 목적물의 일 단면(211a)을 경화하고 목적물 이외의 영역 (221a, 이하 제1 미경화 영역의 일 단면)은 경화되지 않도록 둔다. 이후, 이상의 도 2의 (a) 내지 (c)의 단계를 제1 목적물(110a)이 제작될 때까지 반복한다(도 2의 (d) 참조).
제2 목적물의 제작하기 위하여 도 2의 (a)와 같은 요령으로 도 2의 (d)와 같이 제2 슬러리(290)를 제2 노즐(270)로 스테이지(240)의 일측에 토출한다. 도 2의 (e)와 같이 블레이드(250)로 제2 슬러리(290)를 스테이지(240)의 일측에서 타측으로 균일한 거리만큼 떨어진 채 이동하여 제2 슬러리(290)를 제1 목적물(210a) 및 제1 미경화 영역(220a) 위에 펼친다. 이때 문제가 발생한다. 블레이드(250)로 층을 펴는 과정에서 층간 혼합이 발생하기 때문이다.
이미 경화된 제1 목적물(210a) 부분은 문제되지 않으나, 경화되지 않은 제1 미경화 영역(220a)은 유동체이으므로 상층과 하층이 혼합되어 제2 슬러리 레이어 혼합영역(291b)이 발생할 수 있다. 특히 제2 슬러리 레이어(290)의 두께가 얇은 경우, 약간의 혼합만으로 층 전체의 조성이 바뀌게 된다. 또는 제2 슬러리(290)의 점도가 높은 경우, 층 상부의 압력이 하부에 영향을 크게 미치므로 혼합의 우려가 크다.
위와 같이 혼합은 제1 미경화 영역(220a)에서 일어나지만, 제1 목적물(210a) 주위에 형성된 혼합영역이 제1 목적물(210a) 위에도 밀려서 올라갈 수 있다. 이 경우 제1 목적물(210a) 상부에는 혼합영역(291b)과 제2 슬러리 레이어 비혼합영역(292b)이 동시에 존재하게 된다. 따라서, 구조체에 비균질 혼합영역이 형성된다. 이 경우 도 2의 (f)에 도시된 바와 같이, 소결 후에도 제2 목적물의 일 단면에는 혼합영역(215b)과 비혼합영역(211b)이 동시에 존재하는 문제가 있다.
또한, 블레이드(250)가 이동하는 동안 제2 슬러리(290)에 마찰력이 작용한다. 이 경우 경화된 제1 목적물(210a) 상부에서의 마찰력과 제1 미경화 영역(220a)에서의 마찰력이 상이하며, 마찰력이 급격하게 변동되는 제1 목적물(210a)의 모서리 부분에서 제2 슬러리(290)가 블레이드(250)르 따라 유동되면서, 제1 목적물(210a) 모서리에 적층된 제2 슬러리(290)의 두께가 국부적으로 얇아지는 라운딩 현상이 발생될 수 있다. 라운딩 현상은 제2 목적물을 형성하는 과정에서 지속적으로 발생될 수 있으므로 구조체의 정밀도를 감소시키는 문제를 유발한다. 이에, 전술한 제1 슬러리(280) 및 제2 슬러리(290)의 층간 혼합 문제 및 라운딩 문제를 해결하기 위한 기술개발이 요구된다.
한편, 전술한 배경기술은 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
일본공개특허 2005-67998호
본 발명의 일 실시예는 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법에서 층간 혼합을 방지하는 3D 프린팅 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법은 스테이지 상에 제1 슬러리를 제공하는 제1 적층 단계, 상기 제1 슬러리에 광을 조사하여 제1 목적물의 일 단면 및 상기 제1 목적물과 소정의 거리만큼 이격된 제1 주변물의 일 단면을 형성하는 제1 경화 단계, 상기 제1 목적물이 형성될 때까지 상기 제1 적층 단계 및 상기 제1 경화 단계를 반복하는 단계, 상기 제1 목적물을 덮도록 제2 슬러리를 제공하는 제2 적층 단계, 상기 제2 슬러리에 광을 조사하여 제2 목적물의 일 단면 및 상기 제2 목적물과 상기 소정의 거리만큼 이격된 제2 주변물의 일 단면을 형성하는 제2 경화 단계 및 상기 제2 목적물이 형성될 때까지 상기 제2 적층 단계 및 상기 제2 경화 단계를 반복하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 슬러리와 상기 제2 슬러리는 서로 상이한 색상일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 소정의 거리는 0.01mm이상 10mm이하의 크기일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 3D 프린팅 방법은 DLP 방식일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제2 슬러리의 일 단면의 두께는 0.1mm이하일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 제2 적층 단계는, 노즐을 사용하여 상기 스테이지의 일 측에 상기 제2 슬러리를 토출하는 단계; 및 블레이드를 사용하여 상기 제2 슬러리를 상기 스테이지 상에 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
제1항에 있어서, 상기 제1 경화단계는 상기 제1 슬러리의 종류에 따라, 경화 시간이 결정되고, 상기 제2 경화단계는 상기 제2 슬러리에 따라 경화 시간이 결정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 3D 프린팅 방법은 상기 제2 적층 단계 및 상기 제2 경화 단계를 반복하는 단계가 완료된 후 목적물 및 주변물을 분리할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 제1 경화 단계는, 상기 제1 주변물을 다수의 조각형태로 경화하는 단계를 포함하고, 상기 제2 경화 단계는, 상기 제2 주변물을 다수의 조각형태로 경화하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 제1 경화 단계는, 상기 제1 주변물을 상기 제1 목적물에 근접한 영역이 상기 제1 목적물에서 먼 영역보다 작은 조각으로 경화하는 단계를 포함하고, 상기 제2 경화 단계는, 상기 제2 주변물을 상기 제2 목적물에 근접한 영역이 상기 제2 목적물에서 먼 영역보다 작은 조각으로 경화하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 일 실시예에는 적층과정에서 상하층의 물질의 혼합이 방지되는 효과가 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 일 실시예는 적층과정에서 상하층 물질의 혼합이 억제되므로, 상이한 소재로 적층된 구조체를 안정적으로 형성할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 일 실시예는 목적물과 주변물의 분리가 용이해지는 효과가 있다.
도 1은 다조성 적층 구조체의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2의 (a) 내지 (f)는 일반적인 3D프린팅 방법을 순서대로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4의 (a) 내지 (f)는 도 3의 3D 프린팅 방법을 설명하기 위한 단계별 모식도이다.
도 5는 도 3의 3D 프린팅 방법에 의해 성형된 적층체의 평면도의 일 예이다.
도 6은 도 3의 3D 프린팅 방법에 의해 성형된 적층체의 평면도에 따른 예이다.
도 7은 도 3의 3D 프린팅 방법에 의해 성형된 적층체의 평면도의 또 다른 예이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 방법에 의해 성형된 상이한 소재로 적층된 인공치아의 사시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 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"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 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 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서는 “3D 프린팅”에 대한 설명이다. “3D 프린팅”란 적층 제조법(additive manufacture)라고도 하며, 다수의 층을 적층하며 제조 대상의 형상에 따라 각 층의 일부를 경화시켜서 물품을 제조하는 방식을 말한다. 본 명세서에서 “구조체”는 제조 대상이 되는 구조물을 의미한다. 본 명세서에서 “제n 목적물”은 구조체를 구성하는 동일한 조성의 연속된 부분으로서, 아래에서부터 n 번째(n은 자연수)에 위치한 부분을 의미한다. “제n 주변물”은 제 n 목적물과 동일한 높이에서 제 n목적물과 동일한 소재로 성형되었으나, 구조체에 해당하지 않는 부분을 의미한다. 본 명세서에서 “일 단면”은 제n 목적물 및 제n 주변물의 단면에 해당하는 층을 의미한다. “제n 슬러리”는 제n 목적물 및 제n 주변물을 구성하는 소재의 원료로서 현탁액을 의미한다. 현탁액은 광경화성 단량체에 세라믹, 금속 또는 고분자의 미세입자를 혼합한 구성일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 현탁액은 내부에 기능성 물질을 함유한 마이크로캡슐 형태의 필러(filler)가 광경화성 단량체에 혼합된 구성일 수 있다. 조성은 현탁액의 성분별 비율일 수 있으며 조성에 따라 현탁액 및 경화된 목적물 및 주변물의 특성이 상이할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4의 (a) 내지 (f)는 도 3의 3D 프린팅 방법을 설명하기 위한 단계별 모식도이다.
도 3 및 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법을 상세히 설명한다.
먼저, 도3을 참조하면, 본 발명에 따라 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법은 스테이지 상에 제1 슬러리 레이어를 제공하는 제1 적층 단계(S310), 제1 슬러리 레이어에 광을 조사하여 제1 목적물의 일 단면 및 제1 목적물과 소정의 거리만큼 이격된 제1 주변물의 일 단면을 형성하는 제1 경화 단계(S320), 제1 목적물이 형성될 때까지 제1 적층 단계 및 제1 경화 단계를 반복하는 단계(S330), 제1 목적물을 덮도록 제2 슬러리 레이어를 제공하는 제2 적층 단계(S340), 제2 슬러리 레이어에 광을 조사하여 제2 목적물의 일 단면 및 제2 목적물과 소정의 거리만큼 이격된 제2 주변물의 일 단면을 형성하는 제2 경화 단계(S350) 및 제2 목적물이 형성될 때까지 제2 적층 단계 및 제2 경화 단계를 반복하는 단계(S360)를 포함한다.
제1 적층 단계(S310)는 도 2에서 설명한 바와 동일하다. 도 4의 (a) 및 (b)와 같이 스테이지(240)의 일측에 제1 슬러리(280)를 제1 노즐(260)을 사용하여 토출하고, 블레이드(250)를 사용하여 제1 슬러리(280)를 스테이지(240) 상에 도포함으로써, 제1 슬러리 레이어(281)를 형성한다.
도 4의 (c)와 같이 제1 경화 단계(S320)는 제1 적층 단계(S310)에서 도포된 제1 슬러리(280)의 제1 목적물의 일 단면(411a)과, 제1 목적물에서 기설정된 거리만큼이 제외된 나머지 부분(이하 제1 주변물의 일 단면, 421a)을 경화한다. 따라서, 제1 목적물의 일 단면(411a)에서 기설정된 거리 이내에 해당하는 부분은 경화되지 않은 유동체인 상태로 남는다.
본 발명에서 경화 방법은 DLP 방식이 적합하다. DLP방식이란 3D로 제작된 데이터를 슬라이싱하여 레이어별 2차원 단면 데이터를 생성하고, 2차원 단면 데이터에 기반하여 광경화성 수지에 고해상도의 프로젝션광을 투영하여 레이어들을 경화함으로써, 모델을 조형하는 방식이다. 본 발명은 면의 대부분의 영역을 경화하기 때문에 점을 경화하는 방식의 3D 프린팅 기법을 사용할 경우 경화에 소요되는 시간이 크게 증대되지만, DLP와 같이 면 단위로 경화하는 3D 프린팅 기법을 사용할 경우 경화 영역이 증대되어도 경화에 걸리는 시간이 거의 같아서 유리하다.
제1 목적물(410a)이 완성될 때까지 제1 적층 단계(S310)와 제1 경화 단계(S320)를 반복한다.(S330) 따라서, 제1 목적물(410a)과 제1 주변물(420a)은 제1 목적물(410a)에서 기설정된 거리만큼 떨어진 영역에 의해 분리될 수 있다.
이격된 소정의 거리는 0.01mm보다 긴 것이 바람직하다. 이보다 좁은 경우 제1 목적물(410a)과 제1 주변물(420a)이 명확히 분리되지 않거나, 완성 후 분리하기 어렵기 때문이다.
제2 적층 단계(S340)는 도 4의 (d) 및 (e)와 같이 스테이지(240)의 일측에 제2 슬러리(290)를 제2 노즐(270)을 사용하여 토출하는 단계 및 블레이드(250)를 사용하여 제2 슬러리(290)를 스테이지(240) 상에 도포하는 단계를 포함한다. 이때, 제2 슬러리(290)가 도포되는 제1 목적물(410a) 및 제1 주변물(420a)은 모두 경화되어 있으므로 유동성이 없다. 따라서, 도포과정에서 해당영역에서는 혼합이 일어나지 않는다. 다만, 제1 목적물(410a)에서 기설정된 거리 이내에 해당하는 부분은 경화되지 않으므로 제1 슬러리(280)와 제2 슬러리(290)가 혼합될 수 있다.
따라서, 경화가 일어나지 않는 제1 목적물(410a)에서 이격된 소정의 거리는 10mm이하인 것이 바람직하다. 혼합은 유동이 일어날 영역이 넓어질수록 잘 일어나기 때문에 10mm보다 넓은 영역에 미경화 영역이 있는 경우 해당 영역에서 혼합이 일어날 수 있기 때문이다.
몇몇 실시예에서, 제2 노즐(270)은 제1 노즐(260)과 동일한 노즐일 수 있다. 이 경우, 노즐 내의 제1 슬러리(280)가 모두 소모되기 전에 제2 슬러리(290)가 노즐에 주입되며, 노즐에 남아있는 잔여 제1 슬러리(280)의 일부가 제2 슬러리(290)와 교반되어, 조성의 순차적인 변화가 유도될 수 있다.
도 4의 (f)와 같이 제2 경화 단계(S350)는 제2 적층 단계(S340)에서 도포된 제2 슬러리 레이어(291)의 제2 목적물의 일 단면(411b)과, 제2 목적물의 일 단면(411b)에서 기설정된 거리만큼이 이격된 나머지 부분(이하 제2 주변물의 일 단면, 421b)을 경화한다. 따라서, 제2 목적물의 일 단면(411b)에서 기설정된 거리 이내에 해당하는 부분은 경화되지 않으므로 유동체인 상태로 남는다.
이때, 제 1 경화단계(S320)는 제 1 슬러리(280)의 종류에 따라, 경화 시간이 결정되고, 상기 제 2 경화단계(S350)는 제 2 슬러리(290)에 따라 경화 시간이 결정된다. 다시 말해서, 제 1 슬러리(280)와 제 2 슬러리(290)는 서로 상이한 종류일 수 있으며, 슬러리의 종류에 따라 경화시간이 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1 슬러리(280)의 색상이 흰색이고, 제 2 슬러리(290)가 유색인 경우, 제 1 슬러리(280)의 경화시간이 제 2 슬러리(290) 보다 짧을 수 있다.
제2 목적물이 완성될 때까지 제2 적층 단계(S340)와 제2 경화 단계(S350)를 반복한다.(S360) 따라서, 제1 목적물(410a) 및 제2 목적물과 제1 주변물(420a) 및 제2 주변물은 제1 목적물(410a) 및 제2 목적물에서 기설정된 거리만큼 떨어진 영역에 의해 분리될 수 있다.
동일한 방법으로 제n 목적물을 추가로 더 제작할 수 있다. 이때, 제n 목적물에서 기설정된 거리만큼 떨어져 제n 주변물이 형성되며, 제n 목적물과 제n 주변물은 이격되어 있으므로, 제1 목적물(410a) 내지 제n 목적물과 제1 주변물(420a) 내지 제n 주변물은 분리될 수 있다.
적층 및 경화가 완료된 후 완성된 구조체를 제1 내지 제n 주변물와 분리한다.(S370)
도 5는 도 3의 3D 프린팅 방법에 의해 성형된 적층체의 평면도의 일 예이다.
구조체가 입체를 이루려면, 제1 내지 제n 목적물(510)의 측면은 폐곡면을 이루어야 한다. 따라서, 제1 내지 제n 목적물(510)에서 기설정된 거리만큼 이격된 영역은 평면도에서 제1 내지 제n 목적물(510)과 그 주변(520)을 구분 짓는 폐곡선을 형성한다. 이로 인하여 제1 내지 제n 목적물(510)은 제1 내지 제n 주변물(520)과 분리될 수 있다.
도 6은 도 3의 3D 프린팅 방법에 의해 성형된 적층체의 평면도에 따른 예이다.
제1 내지 제n 주변물 제거시 발생할 수 있는 제1 내지 제n 목적물(510) 파손을 방지하고 제1 내지 제n 주변물을 용이하게 제거하기 위하여 제1 내지 제n 주변물은 다수의 주변부 조각(610)으로 형성될 수 있다. 주변부 조각(610)은 경화 단계에서 이웃하는 주변부 조각(610)과의 사이를 미경화 시키는 방식으로 형성될 수 있다.
도 3 내지 4의 과정을 거쳐서 구조체가 제작되는 경우 도 5와 같이 구조체가 제1 주변물 내지 제n주변물에 의해 둘러 쌓인 형태로 제작되기 쉽다. 이 경우 구조체의 굴곡에 따라 주변부에 의해 구조체가 갇히는 구조가 되거나 주변부를 제거하는 과정에서 발생할 수 있는 구조체의 파손이 발생할 수 있는데, 주변부 조각(610)을 형성하여 이러한 문제를 방지할 수 있다. 특히, 제1 내지 제n 목적물(510)의 측면이 돌출되어 있거나, 함몰되어 있는 언더컷(undercut) 구조인 경우, 제1 내지 제n 주변물과 제1 내지 제n 목적물(510)이 서로 맞물려 제1 내지 제n 목적물(510)로부터 제1 내지 제n 주변물을 분리하기 어려울 수 있다. 그러나 제1 내지 제n 주변물이 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 조각(610)들로 구성되는 경우, 제1 내지 제n 목적물(510) 측면과의 간섭 없이 주변부의 조각(610)을 용이하게 제거할 수 있으므로, 복잡한 외형의 구조체를 안정적으로 형성할 수 있다.
도 7은 도 3의 3D 프린팅 방법에 의해 성형된 적층체의 평면도의 또 다른 예이다.
도 7을 참조하면, 제1 내지 제n 목적물(510)에 가까운 영역(즉, 목적물이 위치하는 영역)에 작은 형태의 주변물 인근 조각(710)을 구비하고, 구조체에서 먼 영역은 상대적으로 큰 주변물 먼 조각(720)을 구비할 수 있다.
제1 내지 제n 목적물(510)이 복잡한 형상으로 구성되어 있어 두께가 작은 얇은 부분을 포함하는 경우, 제1 내지 제n 주변물을 분리하는 과정에서 가해지는 충격으로 인해 얇은 부분이 부러지는 문제가 생길 수 있다. 제1 내지 제n 주변물을 다수의 주변물 조각으로 나누는 경우 각 주변부 조각을 나누는 미경화 영역이 주변부 조각을 분리할 때 가하는 힘을 흡수하는 완충부의 역할을 할 수 있다. 따라서, 도 7과 같이 구조체와 가까운 부분과 먼 부분의 크기를 달리하여 힘이 충분히 흡수되어야 하는 구조체 가까운 곳의 완충부의 밀도를 높이는 방법으로 분리시 안전성을 높일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 방법에 의해 성형된 상이한 소재로 적층된 인공치아의 사시도이다.
인공치아는 지르코니아 등의 세라믹 소재로 제작한다. 인공치아는 실제 치아의 색상을 모방하기 위하여 적층되는 목적물 별 색상이 상이하게 구성된다. 색소가 각각 상이한 지르코니아 분말을 광경화성 단량체에 현탁한 현탁액으로 슬러리들을 준비하여 각 적층 순서에 맞는 슬러리로 목적물들을 순차적으로 적층하고, 이를 소결하여 실제 치아와 유사한 색상의 인공치아를 제작할 수 있다.
본 발명에 따르면, 목적물뿐만 아니라 주변물을 함께 소결함으로써, 적층 중 조성을 달리하여도 목적물의 층간 혼합이 방지되는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 주변물을 다수의 조각으로 형성함으로써, 경화 후 목적물과 주변물을 용이하게 분리하고, 분리시 목적물의 손상을 최소화하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 적층과정에서 층간 혼합이 최소화될 수 있고, 적층 두께를 충분히 얇게 하거나 슬러리의 점도를 높여도 혼합이 억제될 수 있다. 이에, 상이한 소재로 구성된 적층 구조체의 품질 및 정교함이 향상될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 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.
110: 구조체 110a: 제1 목적물
110b: 제2 목적물 111a: 제1 목적물의 일 단면
111b: 제2 목적물의 일 단면 210a: 제1 목적물
210b: 제2 목적물 211a: 제1 목적물의 일 단면
211b: 제2 목적물의 일 단면 혼합영역
215b: 제2 목적물의 일 단면 비혼합영역
220a: 제1 미경화 영역 220b: 제2 미경화 영역
221a: 제1 미경화 영역의 일 단면 221b: 제2 미경화 영역의 일 단면
240: 스테이지 250: 블레이드
260: 제1 노즐 270: 제2 노즐
280: 제1 슬러리 281: 제1 슬러리 레이어
290: 제2 슬러리 291: 제2 슬러리 레이어
291b: 제2 슬러리 레이어 혼합영역 292b: 제2 슬러리 레이어 비혼합영역
410a: 제1 목적물 411a: 제1 목적물의 일 단면
411b: 제2 목적물의 일 단면 420a: 제1 주변물
421a: 제1 주변물의 일 단면 421b: 제2 주변물의 일 단면
510: 제1 목적물 내지 제n 목적물 520: 제1 주변물 내지 제n 주변물
610: 주변물 조각 710: 주변물 인근 조각
720: 주변물 먼 조각

Claims (10)

  1. 스테이지 상에 제1 슬러리를 제공하는 제1 적층 단계;
    상기 제1 슬러리에 광을 조사하여 제1 목적물의 일 단면 및 상기 제1 목적물과 소정의 거리만큼 이격된 제1 주변물의 일 단면을 형성하는 제1 경화 단계;
    상기 제1 목적물이 형성될 때까지 상기 제1 적층 단계 및 상기 제1 경화 단계를 반복하는 단계;
    상기 제1 경화단계에서 함께 형성된 상기 제1 목적물 및 상기 제1 주변물을 덮도록 제2 슬러리를 제공하는 제2 적층 단계;
    상기 제2 슬러리에 광을 조사하여 제2 목적물의 일 단면 및 상기 제2 목적물과 상기 소정의 거리만큼 이격된 제2 주변물의 일 단면을 형성하는 제2 경화 단계; 및
    상기 제2 목적물이 형성될 때까지 상기 제2 적층 단계 및 상기 제2 경화 단계를 반복하는 단계를 포함하는, 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 슬러리와 상기 제2 슬러리는 서로 상이한 색상인 것을 특징으로 하는 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 소정의 거리는 0.01mm이상 10mm이하의 크기인 것을 특징으로 하는 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 3D 프린팅 방법은 DLP 방식인 것을 특징으로 하는 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 제2 슬러리의 일 단면의 두께는 0.1mm이하인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 제2 적층 단계는,
    노즐을 사용하여 상기 스테이지의 일 측에 상기 제2 슬러리를 토출하는 단계; 및
    블레이드를 사용하여 상기 제2 슬러리를 상기 스테이지 상에 도포하는 단계를 포함하는, 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 경화단계는 상기 제1 슬러리의 종류에 따라, 경화 시간이 결정되고, 상기 제2 경화단계는 상기 제2 슬러리에 따라 경화 시간이 결정되는 것을 특징으로 하는 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D프린팅 방법.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 3D 프린팅 방법은 상기 제2 적층 단계 및 상기 제2 경화 단계를 반복하는 단계가 완료된 후 상기 구조체를 분리하는 것을 특징으로 하는 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 경화 단계는,
    상기 제1 주변물을 다수의 조각형태로 경화하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 경화 단계는,
    상기 제2 주변물을 다수의 조각형태로 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 경화 단계는,
    상기 제1 주변물을 상기 제1 목적물에 근접한 영역이 상기 제1 목적물에서 먼 영역보다 작은 조각으로 경화하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 경화 단계는,
    상기 제2 주변물을 상기 제2 목적물에 근접한 영역이 상기 제2 목적물에서 먼 영역보다 작은 조각으로 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상이한 소재로 적층된 구조체를 형성하기 위한 3D 프린팅 방법.
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