KR102392201B1 - 3D printing apparatus using selective electrochemical additive manufacturing with multi electrode module - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 선택적 전기화학 전착을 이용한 3차원 프린팅 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 전기화학 전착에 의한 적층법(ECAM, ElectroChemical Additive Manufacturing)을 이용하여 기판에 금속원료를 선택적으로 적층시킬 수 있는 3차원 프린팅 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional printing apparatus using selective electrochemical electrodeposition, and more particularly, to a three-dimensional (3D) printing apparatus capable of selectively stacking a metal raw material on a substrate by using an electrochemical additive manufacturing (ECAM, Electrochemical Additive Manufacturing) method. It relates to a printing device.
3D 프린팅 기술은 3차원 설계 데이터를 기반으로 고분자 재료, 플라스틱 또는 금속분말 등의 소재를 적층하는 적층법(additive manufacturing)을 사용함으로써, 실물 모형, 프로토타입(proto type), 툴(tool) 및 부품 등을 형상화하는 기술이다.3D printing technology uses additive manufacturing to laminate materials such as polymer materials, plastics, or metal powders based on three-dimensional design data, so that physical models, prototypes, tools, and parts are used. It is a technique to shape the back.
3D 프린팅 방식으로는 사용되는 원료의 특성에 따라 액체 기반의 방식과 파우더 기반의 방식이 주로 사용되는데, 액체 기반의 방식은 액체 상태의 폴리머 합성수지를 이용하여 물체의 모양을 따라 한 층씩 적층한 후 적층된 구조물을 광경화시키는 과정을 거치는 방식이며, 파우더 기반 방식은 파우더 형태로 만들어진 금속 원료를 녹이거나 소결하는 과정을 거치는 방식이다.For 3D printing, a liquid-based method and a powder-based method are mainly used depending on the characteristics of the raw materials used. In the liquid-based method, a liquid polymer synthetic resin is used and laminated layer by layer according to the shape of the object. It is a method that undergoes a process of photocuring the structure, and the powder-based method is a method of melting or sintering metal raw materials made in powder form.
이중 원료로서 고분자 또는 플라스틱 등을 이용하는 3D 프린터는 액체 기반 방식으로 구현가능하여 널리 사용되고 있는 반면, 금속 원료의 경우에는 액체 기반 방식으로 구현이 어렵고 주로 파우더 기반 방식으로만 구현 가능하다는 점에서, 높은 소재가격, 복잡한 가공방법, 높은 소결 온도, 폭발 위험성 등의 이유로 플라스틱 원료를 이용한 3D 프틴터와 달리 널리 사용되지 못하고 있는 실정이다.A 3D printer using a polymer or plastic as a double raw material is widely used because it can be implemented in a liquid-based method, whereas in the case of a metal raw material, it is difficult to implement in a liquid-based method and mainly can be implemented in a powder-based method, so it is a high material Unlike 3D printers using plastic raw materials, they are not widely used due to reasons such as price, complicated processing methods, high sintering temperature, and explosion risk.
이러한 문제를 해결하기 위한 선행기술로서, 본 출원인이 출원하여 등록받은 한국등록특허 제10-1774383호(등록공고일: 2017. 8. 29), 한국등록특허 제10-1774387호(등록공고일: 2017. 8. 29) 및 한국등록특허 제10-1913171호(등록공고일" 2018. 10. 24)에는 "선택적 전기화학 전착을 이용한 3차원 프린팅 장치"가 개시된 바 있다.As prior art to solve this problem, Korean Patent No. 10-1774383 (registration announcement date: 2017. 8. 29), Korean Patent Registration No. 10-1774387 (registration announcement date: 2017. Aug. 29) and Korean Patent No. 10-1913171 (registration announcement date” Oct. 24, 2018) discloses “3D printing apparatus using selective electrochemical electrodeposition”.
그러나, 상기 선행기술들에 따른 3차원 프린팅 장치는 기본적으로 전기화학 방식을 이용하기 때문에 프린팅속도가 느리다는 문제가 있다.However, the three-dimensional printing apparatus according to the prior art has a problem in that the printing speed is slow because the electrochemical method is basically used.
본 발명은 기본적으로 종래의 문제를 해결하고자 함을 목적으로 한다.An object of the present invention is to basically solve the problems of the prior art.
본 발명의 일실시예를 통해서, 전기화학 전착에 의한 적층법(ECAM, ElectroChemical Additive Manufacturing)을 이용하여 기판에 금속원료를 선택적으로 적층시킬 수 있는 3차원 프린팅 장치를 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present invention, it is an object of the present invention to provide a 3D printing apparatus capable of selectively laminating a metal raw material on a substrate using an electrochemical additive manufacturing (ECAM) method.
본 발명의 일실시예를 통해서, 복수의 전극이 구비된 다중전극모듈을 이용하여 프린팅 속도를 증대시킬 수 있는 3차원 프린팅 장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a three-dimensional printing apparatus capable of increasing a printing speed by using a multi-electrode module having a plurality of electrodes.
본 발명의 일실시예를 통해서, 전기화학 전착시 발생하는 기포를 제거하여 적층 품질을 향상시킬 수 있는 3차원 프린팅 장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a 3D printing apparatus capable of improving the lamination quality by removing air bubbles generated during electrochemical electrodeposition.
본 발명의 일실시예를 통해서, 복수의 전극이 구비된 다중전극모듈을 이용한 멀티 적층이 가능한 3차원 프린팅 장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a three-dimensional printing apparatus capable of multi-stacking using a multi-electrode module having a plurality of electrodes.
본 발명의 일실시예를 통해서, 복수의 전극이 구비된 다중전극모듈을 이용한 멀티 적층시 균일한 적층이 가능한 3차원 프린팅 장치를 제공하고자 한다. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional printing apparatus capable of uniform lamination during multi-stacking using a multi-electrode module having a plurality of electrodes.
본 발명의 일실시예를 통해서, 복수의 전극이 구비된 다중전극모듈을 이용하여 다양한 형태의 멀티 적층 또는 싱글 적층이 가능한 3차원 프린팅 장치를 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide a 3D printing apparatus capable of multi-stacking or single-stacking of various types using a multi-electrode module provided with a plurality of electrodes.
본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 전해액을 수용하는 터브(tub); 상기 터브에 수용된 전해액에 침지된 상태로 놓여지는 기판; 전극홀더와, 상기 전극홀더에 소정간격으로 배열되어 고정되는 복수의 전극을 구비하는 다중전극모듈; 상기 다중전극모듈의 움직임을 조절하는 구동부; 상기 기판과 상기 복수의 전극에 전원을 인가하기 위한 전원공급부; 및 상기 구동부와 상기 전원공급부를 제어하여 상기 기판 상에 상기 전해액에 포함된 금속이온을 선택적으로 전착시켜 적층하는 제어부;를 포함할 수 있다. A 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a tub for accommodating an electrolyte; a substrate placed in a state of being immersed in the electrolyte solution accommodated in the tub; a multi-electrode module having an electrode holder and a plurality of electrodes arranged and fixed to the electrode holder at predetermined intervals; a driving unit for controlling the movement of the multi-electrode module; a power supply unit for applying power to the substrate and the plurality of electrodes; and a control unit for selectively electrodepositing and stacking metal ions included in the electrolyte on the substrate by controlling the driving unit and the power supply unit.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 복수의 전극은 상기 전극홀더를 관통하되, 상기 복수의 전극의 밑면은 상기 전극홀더의 밑면과 수평을 이룰 수 있다. In addition, in the three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention, the plurality of electrodes may pass through the electrode holder, and bottom surfaces of the plurality of electrodes may be parallel to the bottom surface of the electrode holder.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 3차원 프린팅 장치는 전해액이 저장되는 저장부와, 상기 저장부에 저장된 전해액을 상기 터브로 공급하기 위한 전해액 공급부를 더 포함하고, 상기 전극홀더에는 상기 전해액 공급부에서 공급되는 전해액이 유입되는 유입구와, 상기 유입구를 통해 유입된 전해액이 분출되는 분출구와, 상기 유입구와 상기 분출구를 연결하는 분출유로가 구비되고, 상기 분출유로는 상기 유입구를 통해 유입된 전해액이 상기 분출구를 통해 분출시 상기 복수의 전극이 구비된 영역 방향으로 분출되도록 경사질 수 있다. In addition, the three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention, the three-dimensional printing apparatus further comprises a storage unit in which the electrolyte is stored, and an electrolyte supply unit for supplying the electrolyte stored in the storage unit to the tub, The electrode holder is provided with an inlet through which the electrolyte supplied from the electrolyte supply unit is introduced, an outlet through which the electrolyte introduced through the inlet is ejected, and a spout passage connecting the inlet and the outlet, and the spout channel is the inlet. When the electrolyte introduced through the vent is ejected through the ejection port, it may be inclined so as to eject in the direction of the region in which the plurality of electrodes are provided.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 분출구는 상기 전극홀더의 밑면에 형성되되 상기 복수의 전극이 구비된 영역의 가장자리 일측에 길게 형성될 수 있다. In addition, in the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention, the spout may be formed on the lower surface of the electrode holder and be formed to be long at one edge of the area in which the plurality of electrodes are provided.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 3차원 프린팅 장치는 전해액이 저장되는 저장부와, 상기 저장부에 저장된 전해액을 상기 터브로 공급하기 위한 전해액 공급부를 더 포함하고, 상기 전극홀더에는 상기 전해액 공급부에서 공급되는 전해액이 유입되는 유입구와, 상기 유입구를 통해 유입된 전해액이 상기 기판으로 분출되도록 상기 전극홀더의 밑면에 형성되되 상기 복수의 전극 사이에 형성되는 분출구와, 상기 유입구와 상기 분출구를 연결하는 분출유로가 구비될 수 있다. In addition, the three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention, the three-dimensional printing apparatus further comprises a storage unit in which the electrolyte is stored, and an electrolyte supply unit for supplying the electrolyte stored in the storage unit to the tub, The electrode holder has an inlet through which the electrolyte supplied from the electrolyte supply unit is introduced; A jet passage connecting the inlet and the jet port may be provided.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 분출구는 상기 복수의 전극이 구비된 영역의 중심부에 형성되는 메인분출구를 포함할 수 있다.In addition, in the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention, the outlet may include a main outlet formed in the center of the region in which the plurality of electrodes are provided.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 분출구는 상기 복수의 전극이 구비된 영역의 중심부에 형성되는 메인분출구와, 상기 메인분출구 주위에 형성되는 주변분출구를 포함하고, 상기 메인분출구에 연결되는 메인유입구는 상기 전극홀더의 상면에 형성되되 상기 복수의 전극이 구비된 영역의 중심부에 형성되고, 상기 주변분출구에 연결되는 주변유입구는 상기 전극홀더의 측면에 형성될 수 있다. In addition, in the three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention, the jet includes a main jet formed in the center of the region provided with the plurality of electrodes, and a peripheral jet formed around the main jet, and the The main inlet connected to the main outlet is formed on the upper surface of the electrode holder and is formed in the center of the region provided with the plurality of electrodes, and the peripheral inlet connected to the peripheral outlet may be formed on the side of the electrode holder.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 전원공급부는, 전원부; 상기 전원부를 상기 기판에 연결하는 기판연결부; 상기 전원부를 상기 복수의 전극에 연결하기 위한 메인연결부; 및 상기 메인연결부와 상기 복수의 전극 각각을 연결하는 서브연결부;를 포함할 수 있다. In addition, the three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention, the power supply unit, a power supply unit; a substrate connection unit connecting the power supply unit to the substrate; a main connection part for connecting the power supply part to the plurality of electrodes; and a sub-connection unit connecting the main connection unit and each of the plurality of electrodes.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 서브연결부는 상기 복수의 전극 각각이 병렬 배치되도록 구비될 수 있다. In addition, in the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention, the sub-connection unit may be provided such that each of the plurality of electrodes is arranged in parallel.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 서브연결부에는 저항소자가 구비될 수 있다. In addition, in the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention, a resistance element may be provided in the sub-connection unit.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 저항소자의 저항값은 상기 복수의 전극의 밑면과 상기 기판 사이의 저항값보다 큰 값을 가질 수 있다. In addition, in the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention, a resistance value of the resistance element may have a value greater than a resistance value between the bottom surfaces of the plurality of electrodes and the substrate.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 저항소자의 저항값은 상기 복수의 전극의 밑면과 상기 기판 사이의 저항값의 5 ~ 15배 범위의 값을 가질 수 있다. In addition, in the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention, the resistance value of the resistance element may have a value in the range of 5 to 15 times the resistance value between the bottom surface of the plurality of electrodes and the substrate.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 복수의 전극의 밑면과 상기 기판 사이의 저항값은 50 ~ 200Ω 범위의 값을 가지고, 상기 저항소자의 저항값은 250 ~ 3,000Ω 범위의 값을 가질 수 있다. In addition, in the three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention, the resistance value between the bottom surface of the plurality of electrodes and the substrate has a value in the range of 50 ~ 200Ω, the resistance value of the resistance element is 250 ~ 3,000Ω It can have a range of values.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 저항소자의 저항값은 상기 복수의 전극 각각의 밑면과 상기 기판 사이의 간격 차이로 인한 저항값 편차보다 큰 값을 가질 수 있다. In addition, in the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention, the resistance value of the resistance element may have a value greater than a resistance value deviation due to a difference in spacing between the bottom surfaces of each of the plurality of electrodes and the substrate.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 저항소자의 저항값은 상기 저항값 편차의 5 ~ 15배 범위의 값을 가질 수 있다.In addition, in the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention, the resistance value of the resistance element may have a value in the range of 5 to 15 times the deviation of the resistance value.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 저항값 편차는 20 ~ 90Ω 범위의 값을 가지고, 상기 저항소자의 저항값은 100 ~ 1,350Ω 범위의 값을 가질 수 있다.In addition, in the 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention, the resistance value deviation may have a value in the range of 20 ~ 90Ω, and the resistance value of the resistance element may have a value in the range of 100 ~ 1,350Ω.
본 발명의 일실시예를 통해서, 전기화학 전착에 의한 적층법을 이용하여 기판에 금속원료를 선택적으로 적층시킬 수 있는 3차원 프린팅 장치를 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a 3D printing apparatus capable of selectively laminating a metal raw material on a substrate using a lamination method by electrochemical electrodeposition.
본 발명의 일실시예를 통해서, 복수의 전극이 구비된 다중전극모듈을 이용하여 프린팅 속도를 증대시킬 수 있는 3차원 프린팅 장치를 제공할 수 있다.Through one embodiment of the present invention, it is possible to provide a three-dimensional printing apparatus capable of increasing the printing speed by using a multi-electrode module provided with a plurality of electrodes.
본 발명의 일실시예를 통해서, 전기화학 전착시 발생하는 기포를 제거하여 적층 품질을 향상시킬 수 있는 3차원 프린팅 장치를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a 3D printing apparatus capable of improving the lamination quality by removing air bubbles generated during electrochemical electrodeposition.
본 발명의 일실시예를 통해서, 복수의 전극이 구비된 다중전극모듈을 이용한 멀티 적층이 가능한 3차원 프린팅 장치를 제공할 수 있다.Through one embodiment of the present invention, it is possible to provide a three-dimensional printing apparatus capable of multi-stacking using a multi-electrode module provided with a plurality of electrodes.
본 발명의 일실시예를 통해서, 복수의 전극이 구비된 다중전극모듈을 이용한 멀티 적층시 균일한 적층이 가능한 3차원 프린팅 장치를 제공할 수 있다. Through one embodiment of the present invention, it is possible to provide a 3D printing apparatus capable of uniform lamination during multi-stacking using a multi-electrode module having a plurality of electrodes.
본 발명의 일실시예를 통해서, 복수의 전극이 구비된 다중전극모듈을 이용하여 다양한 형태의 멀티 적층 또는 싱글 적층이 가능한 3차원 프린팅 장치를 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a three-dimensional printing apparatus capable of multi-stacking or single-stacking of various types using a multi-electrode module provided with a plurality of electrodes.
본 발명에 따른 효과들은 이상에서 언급된 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위와 상세한 설명의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects according to the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description of the claims and detailed description. will be able
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 2는 기판과 전극에 전원이 인가된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 3은 다중전극모듈의 상면을 나타내는 도면이고,
도 4는 다중전극모듈의 밑면을 나타내는 도면이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다중전극모듈의 개략적인 단면도이고,
도 6은 도 5에 따른 다중전극모듈의 상면을 나타내는 도면이고,
도 7은 도 5에 따른 다중전극모듈의 밑면을 나타내는 도면이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원공급부를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 9는 도 8에 따른 전원공급부의 효과를 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원공급부를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극을 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a view schematically showing a three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention,
2 is a diagram schematically showing a state in which power is applied to a substrate and an electrode;
3 is a view showing an upper surface of the multi-electrode module;
4 is a view showing the bottom of the multi-electrode module,
5 is a schematic cross-sectional view of a multi-electrode module according to another embodiment of the present invention;
6 is a view showing an upper surface of the multi-electrode module according to FIG. 5;
7 is a view showing a bottom surface of the multi-electrode module according to FIG. 5;
8 is a view schematically showing a power supply according to another embodiment of the present invention,
9 is a view for explaining the effect of the power supply unit according to FIG. 8,
10 is a diagram schematically showing a power supply according to another embodiment of the present invention,
11 is a diagram schematically illustrating an electrode according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 실시예를 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략한다.Hereinafter, an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있으나, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 한정되지 않고, 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe the components, but the components are not limited to the above terms and are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
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.When a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 실시 예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(over)", "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(over)", "상(on)" 및 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다.In the drawings, the thickness or size of each layer (film), region, pattern, or structure may be changed for clarity and convenience of description, and thus does not fully reflect the actual size. In the description of the embodiments, each layer (film), region, pattern or structure is “over”, “on” or “below” the substrate, each layer (film), region, pad or pattern. In the case of being described as being formed on "under," "over," "on," and "under" refer to "directly" or "indirectly through another layer." )" includes all that are formed.
또한, "~상에"라 함은 대상 부재의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력방향을 기준으로 상부에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.In addition, "on" means to be positioned above or below the target member, and does not necessarily mean to be positioned above the target member based on the direction of gravity.
본 명세서에서 '상부', '하부', '상면', '밑면', '상방', '하방' 등과 같은 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향을 기준으로 구성들간의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있으며, 본 발명은 그러한 용어에 의해 한정되지 않는다.In this specification, relative terms such as 'upper', 'lower', 'top', 'bottom', 'up', 'down', etc. may be used to describe the relationship between components based on the direction shown in the drawings, and , the present invention is not limited by such terms.
각 실시예는 독립적으로 실시되거나 함께 실시될 수 있으며, 발명의 목적에 부합하게 일부 구성요소는 제외될 수 있다. Each embodiment may be implemented independently or together, and some components may be excluded in accordance with the purpose of the invention.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 기판과 전극에 전원이 인가된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 다중전극모듈의 상면을 나타내는 도면이고, 도 4는 다중전극모듈의 밑면을 나타내는 도면이다.1 is a diagram schematically showing a three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram schematically showing a state in which power is applied to a substrate and an electrode, and FIG. 3 is an upper surface of a multi-electrode module 4 is a view showing the bottom surface of the multi-electrode module.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치(10)는 전해액(11)을 수용하는 터브(tub)(20), 상기 터브(20)에 수용된 전해액(11)에 침지된 상태로 놓여지는 기판(12), 전극홀더(31)와 상기 전극홀더(31)에 소정간격으로 배열되어 고정되는 복수의 전극(32)을 구비하는 다중전극모듈(30), 상기 다중전극모듈(30)의 움직임을 조절하는 구동부(13), 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)에 전원을 인가하기 위한 전원공급부(50) 및 상기 구동부(13)와 상기 전원공급부(50)를 제어하여 상기 기판(12) 상에 상기 전해액(11)에 포함된 금속이온을 선택적으로 전착시켜 적층하는 제어부(14)를 포함할 수 있다. 1 to 4 , the
상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)은 서로 마주한 상태로 소정간격 이격되어 상기 터브(20)에 수용된 전해액(11)에 침지될 수 있다.The
예를 들어, 상기 기판(12)은 상기 터브(20) 내에 구비되는 지지대(21)에 놓여진 상태에서 상기 터브(20)에 수용된 전해액(11)에 침지될 수 있으며, 상기 복수의 전극(32)은 상기 구동부(13)의 동작에 의한 상기 다중전극모듈(30)의 움직임에 의해 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)이 상기 터브(20)에 수용된 전해액(11)에 침지되어 상기 기판(12)과 소정간격 이격된 상태로 마주할 수 있다.For example, the
그리고, 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)이 소정간격 이격되어 마주한 상태로 상기 터브(20)에 수용된 전해액(11)에 침지된 상태에서, 상기 제어부(14)는 상기 전원공급부(50)를 제어하여 상기 복수의 전극(32)을 (+), 상기 기판(12)을 (-)로 하여 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)에 전원을 인가하면, 상기 기판(12) 상에는 상기 전극(32)의 밑면(33)이 마주하는 영역(17)에 상기 전해액(11)에 포함된 금속이온이 전착(electrochemical deposition)됨에 따라 적층될 수 있다.And, in a state in which the
따라서, 상기 제어부(14)는 상기 구동부(13)와 상기 전원공급부(50)를 제어하여 상기 기판(12) 상에 상기 전해액(11)에 포함된 금속이온을 선택적으로 전착시켜 적층할 수 있다.Accordingly, the
상기 구동부(13)는 상기 다중전극모듈(30)의 움직임을 조절하기 위한 구성으로서, 상기 다중전극모듈(30)을 수평, 수직방향으로 구동가능하도록 구비될 수 있다. The driving
예를 들어, 상기 구동부(13)는 상기 다중전극모듈(30)을 수평이동시켜 상기 기판(12) 상에 적층되는 위치를 선택할 수 있도록 하며, 소정높이 적층 후 예를 들어, 기 설정된 1 레이어 적층이 완료 후에는 상기 다중전극모듈(30)을 수직방향으로 대략 상기 1 레이어 적층된 높이만큼 이동시켜 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33) 사이의 간격을 조절할 수 있다. For example, the driving
즉, 상기 구동부(13)는 상기 다중전극모듈(30)을 구동하여 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)과 상기 기판(12) 사이의 갭을 포함하는 3차원 변위를 조절할 수 있다.That is, the driving
상기 전원공급부(50)는 상기 복수의 전극(32)에 동시에 전원을 인가할 수 있도록 구비될 수 있다.The
상세히, 상기 전원공급부(50)는 전원부(51), 상기 전원부(51)를 상기 기판(12)에 연결하는 기판연결부(52), 상기 전원부(51)를 상기 복수의 전극(32)에 연결하기 위한 메인연결부(53), 상기 메인연결부(53)와 상기 복수의 전극(32) 각각을 연결하는 서브연결부(54)를 포함할 수 있다.In detail, the
여기서, 상기 서브연결부(54)는 상기 복수의 전극(32) 각각을 병렬 배치되도록 구비될 수 있다.Here, the
따라서, 상기 전원공급부(50)에 의해 전원이 인가되는 경우에, 상기 복수의 전극(32)은 동시에 전원이 인가될 수 있으며, 그러면 도 2에서 보이는 바와 같이, 상기 복수의 전극(32) 각각에서 동시에 멀티 적층이 가능해질 수 있으며, 그에 따라 전체 프린팅 속도를 증대시킬 수 있다.Therefore, when power is applied by the
상기 다중전극모듈(30)은 상기 복수의 전극(32)을 고정하기 위한 구성으로서, 상기 복수의 전극(32)이 소정간격으로 배열되어 고정되는 전극홀더(31)를 포함할 수 있다.The
또한, 상기 복수의 전극(32)은 상기 전극홀더(31)를 관통한 상태로 고정될 수 있으며, 이때 상기 관통된 복수의 전극(32)의 밑면(33)은 상기 전극홀더(31)의 밑면(34)과 수평을 이루도록 구비될 수 있다.In addition, the plurality of
상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)에 전원이 인가되어 전기화학 전착이 발생하는 경우에는 기포가 생성되는데, 이러한 기포는 안정적인 전기화학 전착을 방해하여 적층 품질을 저해하는 원인이 되기 때문에, 적층 품질을 향상시키기 위해서는 상기 생성되는 기포가 원활하게 제거되도록 할 필요가 있다.When power is applied to the
그러나, 상기 관통된 복수의 전극(32)의 밑면(33)이 상기 전극홀더(31)의 밑면(34)보다 안쪽으로 들어가 소정의 공간이 형성되거나 상기 전극홀더(31)의 밑면(34)보다 돌출되면, 상기 생성되는 기포는 상기 공간에 머물게 되거나 상기 돌출된 전극(32) 부위에 달라붙게 되면서 상기 생성되는 기포가 원활하게 제거될 수 없다.However, the
따라서, 적층 품질을 향상시키기 위해서는 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)이 상기 전극홀더(31)의 밑면(34)과 수평을 이루도록 함이 바람직하다.Therefore, in order to improve the stacking quality, it is preferable that the
상기 전극홀더(31)는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 다중전극모듈(30)은 상기 플라스틱 재질의 전극홀더(31)를 상온보다 높은 온도의 물에 담가 연성을 확보한 후 상기 복수의 전극(32)을 소정간격으로 상기 연성이 확보된 전극홀더(31)에 압입 관통시킴으로써 제조될 수 있다.The
이때, 상기 전극홀더(31)의 밑면(34) 전체를 연마하여 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)과 상기 전극홀더(31)의 밑면(34)이 수평을 이루도록 할 수 있다. At this time, the
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치(10)는 상기 생성되는 기포를 원활하게 제거할 수 있도록 구성될 수 있다.Meanwhile, the
이를 위해, 상기 3차원 프린팅 장치(10)는 전해액(11)이 저장되는 저장부(15)와, 상기 저장부(15)에 저장된 전해액(11)을 상기 터브(20)로 공급하기 위한 전해액 공급부(16)를 포함할 수 있다.To this end, the
상기 전해액 공급부(16)는 소정의 펌프가 사용될 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니며, 높이차를 이용하여 상기 저장부(15)에 저장된 전해액(11)이 상기 터브(20)로 공급되도록 구비될 수도 있다.A predetermined pump may be used as the
상기 전극홀더(31)에는 상기 전해액 공급부(16)에서 공급되는 전해액이 유입되는 유입구(35)와, 상기 유입구(35)를 통해 유입된 전해액이 상기 기판(12)으로 분출되는 분출구(36)와, 상기 유입구(35)와 상기 분출구(36)를 연결하는 분출유로(37)가 구비될 수 있다.The
도 2에서 보이는 바와 같이, 상기 분출유로(37)는 상기 유입구(35)를 통해 유입된 전해액이 상기 분출구(36)를 통해 분출시 상기 복수의 전극(32)이 구비된 영역 방향으로 분출되도록 경사질 수 있다.As shown in FIG. 2 , the
그러면, 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)에 전원이 인가되어 전기화학 전착이 발생하는 경우에 생성되는 기포는 원활하게 제거될 수 있다.Then, when power is applied to the
또한, 도 4에서 보이는 바와 같이, 상기 분출구(36)는 상기 전극홀더(31)의 밑면(34)에 형성되되 상기 복수의 전극(32)이 구비된 영역의 가장자리 일측에 길게 형성될 수 있다. 그러면, 상기 생성되는 기포는 더욱 원활하게 제거될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 4 , the
상기 유입구(35)는 상기 전극홀더(31)의 상면에 형성될 수 있으며, 상기 유입구(35)에는 상기 전해액 공급부(16)에서 공급되는 전해액을 소정압력으로 분출하는 노즐(39)이 결합될 수 있으며, 상기 전극홀더(31)의 상면에는 상기 구동부(13)에 고정되기 위한 결합부(38)가 형성될 수 있다. The
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치(10)는 상기 터브(20)를 수용하는 보조터브(22)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the
또한, 상기 보조터브(22)에는 상기 터브(20)에서 넘쳐 흐르는 전해액을 상기 저장부(15)로 배출시키기 위한 배출부(23)가 구비될 수 있다. In addition, the
그러면, 상기 터브(20)에서 넘쳐 흐르는 전해액은 상기 보조터브(22)에 수용된 후 상기 배출부(23)를 통해 상기 저장부(15)로 배출될 수 있다.Then, the electrolyte overflowing from the
따라서, 상기 전해액 공급부(16)가 소정의 펌프로 사용되는 경우에, 상기 전해액(11)은 상기 전해액 공급부(16)와 상기 배출부(23)에 의해 상기 터브(20)와 상기 저장부(15)를 순환할 수 있다.Therefore, when the
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다중전극모듈의 개략적인 단면도이고, 도 6은 도 5에 따른 다중전극모듈의 상면을 나타내는 도면이고, 도 7은 도 5에 따른 다중전극모듈의 밑면을 나타내는 도면이다.5 is a schematic cross-sectional view of a multi-electrode module according to another embodiment of the present invention, FIG. 6 is a view showing an upper surface of the multi-electrode module according to FIG. 5, and FIG. 7 is a bottom view of the multi-electrode module according to FIG. It is a drawing showing
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 실시 예에 따른 다중전극모듈(30)의 전극홀더(40)에는 상기 전해액 공급부(16)에서 공급되는 전해액이 유입되는 유입구(45)와, 상기 유입구(45)를 통해 유입된 전해액이 상기 기판(12)으로 분출되도록 상기 전극홀더(40)의 밑면(42)에 형성되되 상기 복수의 전극(32) 사이에 형성되는 분출구(70)와, 상기 유입구(45)와 상기 분출구(70)를 연결하는 분출유로(60)가 구비될 수 있다.5 to 7, the
이와 같이, 상기 분출구(70)가 상기 복수의 전극(32) 사이에 구비되면, 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)에 전원이 인가되어 전기화학 전착이 발생하는 경우에 생성되는 기포는 보다 효과적으로 제거될 수 있다.In this way, when the
상기 유입구(45)에는 상기 전해액 공급부(16)에서 공급되는 전해액을 소정압력으로 분출하는 노즐(39)이 결합될 수 있다.A
또한, 상기 분출구(70)는 상기 복수의 전극(32)이 구비된 영역의 중심부에 형성되는 메인분출구(74)를 포함할 수 있다.In addition, the
예를 들어, 상기 분출구(70)가 한개 구비되는 경우에 상기 분출구(70)는 상기 메인분출구(74)로 이루어질 수 있으며, 상기 분출구(70)가 상기 복수의 전극(32) 사이 사이에 복수개 구비되는 경우에 상기 분출구(70)는 상기 메인분출구(74)와 상기 메인분출구(74) 주위에 형성되는 주변분출구(77)를 포함할 수 있다.For example, in a case in which one
이와 같이, 상기 분출구(70)가 상기 메인분출구(74)를 포함하면, 상기 생성되는 기포는 보다 효과적으로 제거될 수 있다.As such, when the
또한, 상기 메인분출구(74)에 연결되는 메인유입구(46)는 상기 전극홀더(40)의 상면(44)에 형성되되 상기 복수의 전극(32)이 구비된 영역의 중심부에 형성되고, 상기 주변분출구(77)에 연결되는 주변유입구(47)은 상기 전극홀더(40)의 측면(43)에 형성될 수 있다. In addition, the main inlet 46 connected to the main outlet 74 is formed on the
그러면, 상기 메인유입구(46)와 상기 주변유입구(47) 각각에 노즐(39)을 쉽게 결합할 수 있다. 상기 전극홀더(40)의 상면(44)에는 상기 복수의 전극(32) 각각에 연결되는 서브연결부(54)가 구비되어야 하기 때문에, 상기 메인유입구(46)와 상기 주변유입구(47) 모두를 상면에 형성하는 경우에는 상기 메인유입구(46)와 상기 주변유입구(47) 각각에 노즐(39)을 결합시키기가 쉽지 않기 때문이다.Then, the
이때, 상기 메인분출구(74)와 상기 메인유입구(46)를 연결하는 메인분출유로(61)는 수직하게 형성되고, 상기 주변분출구(77)와 상기 주변유입구(47)를 연결하는 주변분출유로(62)는 상기 주변유입구(47)에 연결되는 수평유로(64)와, 상기 수평유로(64)와 상기 주변분출구(77)를 연결하는 수직유로(63)를 포함할 수 있다.At this time, the main outlet passage 61 connecting the main outlet 74 and the main inlet 46 is formed vertically, and a peripheral outlet passage connecting the
그러면, 상기 메인유입구(46)로 유입되어 상기 메인분출구(74)를 통해 분출되는 전해액과, 상기 주변유입구(47)로 유입되어 상기 주변분출구(77)를 통해 분출되는 전해액은 모두 상기 복수의 전극(32) 사이 사이로 수직분사될 수 있어서, 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)에 전원이 인가되어 전기화학 전착이 발생하는 경우에 생성되는 기포는 보다 효과적으로 제거될 수 있다.Then, the electrolyte flowing into the main inlet 46 and ejected through the main outlet 74 and the electrolyte flowing into the peripheral inlet 47 and ejected through the
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원공급부를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 9는 도 8에 따른 전원공급부의 효과를 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram schematically showing a power supply unit according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a diagram for explaining the effect of the power supply unit according to FIG. 8 .
도 8을 참조하면, 본 실시 예에 따른 전원공급부(50)는 상기 서브연결부(54)에 구비되는(provided) 저항소자(57)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8 , the
그러면, 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32) 각각에 동시에 전원을 인가하는 경우에, 상기 복수의 전극(32) 각각에 의한 멀티 적층이 안정적으로 행해질 수 있다.Then, when power is simultaneously applied to each of the
상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32)에 전원을 인가하는 방법으로는 동일한 전압을 가하는 정전압방식 또는 동일한 전류를 가하는 정전류방식이 사용될 수 있으며, 이 경우 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)과 상기 기판(12) 사이의 간격에 존재하는 전해액이 저항으로 작용하게 된다.As a method of applying power to the
이때, 상기 복수의 전극(32) 각각에 의한 멀티 적층이 안정적으로 행해지기 위해서는 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32) 각각에 동시에 전원을 인가하는 경우에, 상기 복수의 전극(32) 각각에 가해지는 전류값 또는 전압값의 차이가 소정범위 이내이어야 한다.At this time, in order to perform multi-stacking by each of the plurality of
그러나, 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32) 각각에 동시에 전원을 인가하는 경우에는 상기 복수의 전극(32) 중 어느 하나의 전극에 전류가 집중되는 현상이 발생할 수 있으며, 이 경우 상기 복수의 전극(32) 각각에 의한 멀티 적층이 안정적으로 행해질 수 없다.However, when power is applied to each of the
또한, 상기 복수의 전극(32) 각각에 의한 멀티 적층이 균일하게 이루어지도록 하기 위해서는, 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32) 각각에 동시에 전원을 인가하는 경우에, 상기 복수의 전극(32) 각각에 가해지는 전류값 또는 전압값이 동일하여야 하며, 이를 위해서는 상기 복수의 전극(32) 각각의 밑면(33)과 상기 기판(12) 사이의 간격이 동일하여야 한다.In addition, in order to make the multi-stacking by each of the plurality of
그러나, 도 9에서 보이는 바와 같이, 상기 다중전극모듈(30)이 소정각도 기울어지게 되면, 상기 복수의 전극(32) 각각의 밑면(33)과 상기 기판(12) 사이의 간격(d1,d2)은 달라지게 되고, 그러면 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32) 각각에 동시에 전원을 인가하는 경우에, 상기 복수의 전극(32) 각각에 가해지는 전류값 또는 전압값은 상기 간격(d1,d2)의 차이(Δd)로 인한 저항값 편차만큼 달라지게 된다.However, as shown in FIG. 9 , when the
그리고, 상기 복수의 전극(32) 각각의 밑면(33)과 상기 기판(12) 사이의 간격(d1,d2)이 달라지게 되는 경우는, 상기 다중전극모듈(30)이 기울어지는 경우뿐만 아니라 상기 다중전극모듈(30) 제조상의 오차, 외부 충격, 이물질 등의 다양한 원인으로 인해 발생할 수 있다.In addition, when the spacing d 1 , d 2 between the
본 실시 예에 따른 전원공급부(50)와 같이, 상기 서브연결부(54)에 저항소자(57)를 구비하면, 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32) 각각에 동시에 전원을 인가하는 경우에, 상기 복수의 전극(32) 중 어느 하나의 전극에 전류가 집중되는 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 나아가 상기 복수의 전극(32) 각각의 밑면(33)과 상기 기판(12) 사이의 간격(d1,d2)의 차이(Δd)로 인한 저항값 편차에 따라 상기 복수의 전극(32) 각각에 가해지는 전류값 또는 전압값에 차이가 발생하는 것을 감소시킬 수 있다.When the
이때, 상기 저항소자(57)의 저항값은 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)과 상기 기판(12) 사이의 저항값보다 큰 값을 가질 수 있다.In this case, the resistance value of the
특히, 상기 저항소자(57)의 저항값은 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)과 상기 기판(12) 사이의 저항값 차이에 의해 발생하는 상기 복수의 전극(32) 각각에 가해지는 전류값 또는 전압값의 차이를 무시할 수 있을 정도로 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)과 상기 기판(12) 사이의 저항값보다 큰 값을 가질 수 있다.In particular, the resistance value of the
예를 들어, 상기 저항소자(57)의 저항값은 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)과 상기 기판(12) 사이의 저항값의 5 ~ 15배 범위의 값을 가질 수 있으며, 또는 상기 복수의 전극(32)의 밑면(33)과 상기 기판(12) 사이의 저항값은 50 ~ 200Ω 범위의 값을 가지고, 상기 저항소자(57)의 저항값은 250 ~ 3,000Ω 범위의 값을 가질 수 있다. For example, the resistance value of the
그러면, 상기 복수의 전극(32) 각각에 의한 멀티 적층시 균일한 적층이 가능해질 수 있다.Then, when multi-stacking by each of the plurality of
또는, 상기 저항소자(57)의 저항값은 상기 복수의 전극(32) 각각의 밑면(33)과 상기 기판(12) 사이의 간격(d1,d2) 차이(Δd)로 인한 저항값 편차보다 큰 값을 가질 수 있다. Alternatively, the resistance value of the
예를 들어, 상기 저항소자(57)의 저항값은 상기 저항값 편차의 5 ~ 15배 범위의 값을 가질 수 있으며, 또는 상기 저항값 편차는 20 ~ 90Ω 범위의 값을 가지고, 상기 저항소자(57)의 저항값은 100 ~ 1,350Ω 범위의 값을 가질 수 있다. For example, the resistance value of the
그러면, 상기 복수의 전극(32) 각각에 의한 멀티 적층시 균일한 적층이 가능해질 수 있다.Then, when multi-stacking by each of the plurality of
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원공급부를 개략적으로 나타내는 도면이다.10 is a diagram schematically showing a power supply unit according to another embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 본 실시 예에 따른 전원공급부(50)는 상기 서브연결부(54)에 구비되어 상기 메인연결부(53)와 상기 전극(32)을 선택적으로 연결하는 는 제1 스위칭부(58)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the
이때, 상기 제1 스위칭부(58)의 on/off는 상기 제어부(14)에 의해 제어될 수 있다.In this case, the on/off of the
그러면, 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32) 각각에 동시에 전원을 인가하는 경우에, 상기 복수의 전극(32) 각각에 의한 멀티 적층이 선택적으로 행해지도록할 수 있다.Then, when power is simultaneously applied to each of the
예를 들어, 상기 제1 스위칭부(58)의 조절에 따라 상기 소정간격으로 배열된 복수의 전극(32) 중 어느 하나의 열 또는 행을 이루는 전극(32)들에 의한 멀티 적층이 행해지도록 할 수도 있으며, 상기 복수의 전극(32)들 중 서로 인접하지 않은 전극(32)들에 의한 멀티 적층이 행해지도록 할 수도 있으며, 또는 상기 복수의 전극(32) 중 어느 하나의 전극에만 싱글 적층이 행해지도록 할 수도 있다.For example, according to the control of the
또한, 상기 복수의 전극(32)은 밑면(33)의 크기가 다른 전극을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.In addition, the plurality of
상기 복수의 전극(32) 각각에 의한 적층은 상기 기판(12) 상의 상기 전극(32)의 밑면(33)에 마주하는 영역(17)에 형성되기 때문에, 상기 영역(17)은 상기 전극(32)의 밑면(33) 크기에 따라 달라질 수 있다.Since the lamination by each of the plurality of
따라서, 상기 복수의 전극(32)이 밑면(33)의 크기가 다른 전극을 적어도 하나 이상 포함하면, 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32) 각각에 동시에 전원을 인가하는 경우에, 다양한 형태의 멀티 적층이 행해지도록 할 수 있다.Therefore, when the plurality of
예를 들어, 상기 배열된 복수의 전극(32)들 중 어느 하나의 열에는 밑면(33)의 크기가 작은 전극(32)을 배열하고, 인접한 다른 열에는 밑면(33)의 크기가 큰 전극(32)을 배열하고, 위와 같은 배열이 번갈아 반복적으로 배열되도록 한 후, 상기 제1 스위칭부(58)의 조절에 따라 상기 밑면(33)의 크기가 큰 전극(32)들에 의한 멀티 적층이 행해지도록 할 수도 있으며, 상기 밑면(33)의 크기가 작은 전극(32)들에 의한 멀티 적층이 행해지도록 할 수도 있으며, 또는 상기 밑면(33)의 크기가 큰 전극(32)들에 의한 멀티 적층과 상기 밑면(33)의 크기가 작은 전극(32)들에 의한 멀티 적층이 동시에 행해지도록 할 수도 있다.For example, an
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극을 개략적으로 나타내는 도면이다.11 is a diagram schematically illustrating an electrode according to another embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 상기 복수의 전극(32)들 중 적어도 어느 하나는 밑면(33)의 크기가 서로 다른 복수의 전극(321,323)으로 이루어질 수 있으며, 상기 서브연결부(54)에는 상기 밑면의 크기가 서로 다른 복수의 전극(321,323) 중 어느 하나를 상기 메인연결부(53)에 연결하는 제2 스위칭부(59)가 구비될 수 있다. Referring to FIG. 11 , at least one of the plurality of
이때, 상기 제2 스위칭부(59)의 on/off는 상기 제어부(14)에 의해 제어될 수 있다.In this case, the on/off of the
그러면, 상기 기판(12)과 상기 복수의 전극(32) 각각에 동시에 전원을 인가하여 멀티 적층하는 경우에, 상기 제2 스위칭부(59)의 조절에 따라 상기 복수의 전극(32) 각각에 의해 형성되는 적층의 크기를 다르게 할 수 있다.Then, in the case of multi-stacking by applying power to each of the
예를 들어, 상기 제2 스위칭부(59)의 조절에 따라 상기 복수의 전극(32) 중 일부는 상기 밑면(33)의 크기가 서로 다른 복수의 전극(321,323) 중 크기가 큰 전극(321)에 의해 적층이 행해지도록 하고, 다른 일부는 상기 밑면(33)의 크기가 서로 다른 복수의 전극(321,323) 중 크기가 작은 전극(323)에 의해 적층이 행해지도록 할 수 있다.For example, according to the control of the
따라서, 본 발명의 일실시 예에 따른 전극(32)에 의하면, 보다 다양한 형태의 멀티 적층이 가능해질 수 있다. Therefore, according to the
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.12 is a diagram schematically showing a 3D printing apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 본 실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치(10)는 복수의 다중전극모듈(30)과, 상기 복수의 다중전극모듈(30)으로 전원을 공급하기 위한 전원공급부(80)를 포함할 수 있다.12 , the
상기 다중전극모듈(30)과 기타 다른 구성에 대한 상세한 설명은 상기 실시예들에서의 상세한 설명을 원용한다.Detailed descriptions of the
상기 전원공급부(80)는 상기 복수의 다중전극모듈(30) 각각에 동시에 전원을 인가할 수 있도록 구비될 수 있다.The
상세히, 상기 전원공급부(80)는 전원부(51), 상기 전원부(51)를 상기 기판(12)에 연결하는 기판연결부(52), 상기 전원부(51)를 상기 복수의 전극(32)에 연결하기 위한 메인연결부(53), 상기 메인연결부(53)와 상기 복수의 다중전극모듈(30) 각각을 연결하는 제1 서브연결부(83), 상기 제1 서브연결부(83)와 상기 복수의 전극(32) 각각을 연결하는 제2 서브연결부(85)를 포함할 수 있다.In detail, the
여기서, 상기 제1 서브연결부(83)는 상기 복수의 다중전극모듈(30) 각각이 병렬 배치되도록 구비되고, 상기 제2 서브연결부(85)는 상기 복수의 전극(32) 각각이 병렬 배치되도록 구비될 수 있다.Here, the
또한, 상기 전원공급부(80)는 상기 제1 서브연결부(83)에 구비되어 상기 메인연결부(53)와 상기 다중전극모듈(30)을 선택적으로 연결하는 제3 스위칭부(87)를 포함할 수 있다. In addition, the
이때, 상기 제3 스위칭부(87)의 on/off는 상기 제어부(14)에 의해 제어될 수 있다.In this case, the on/off of the
그러면, 상기 기판(12)과 상기 복수의 다중전극모듈(30) 각각에 동시에 전원을 인가하는 경우에, 상기 복수의 다중전극모듈(30) 각각에 의한 멀티 적층이 선택적으로 행해지도록 할 수 있다.Then, when power is applied to each of the
이때, 상기 제2 서브연결부(85)에는 상기 제1 서브연결부(83)와 상기 전극(32)을 선택적으로 연결하는 제1 스위칭부(58)와 저항소자(57)가 구비될 수 있으며, 상기 복수의 전극(32)들 중 적어도 어느 하나는 밑면(33)의 크기가 서로 다른 복수의 전극(321,323)으로 이루어지고, 상기 어느 하나의 전극(32)을 상기 제1 서브연결부(83)에 연결하는 제2 서브연결부(85)에는 상기 밑면(33)의 크기가 서로 다른 복수의 전극(321,323) 중 어느 하나를 상기 제1 서브연결부(83)에 연결하는 제2 스위칭부(59)가 구비될 수 있다. 상기 제1 스위칭부(58), 상기 저항소자(57) 및 상기 제2 스위칭부(59)에 대한 상세한 설명은 상기 실시예들에서의 상세한 설명을 원용한다.In this case, the
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전기화학 전착에 의한 적층법을 이용하여 기판에 금속원료를 선택적으로 적층시킬 수 있는 3차원 프린팅 장치에 관한 것으로서, 그 실시 형태는 다양한 형태로 변경가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.As described above, the present invention relates to a 3D printing apparatus capable of selectively laminating a metal raw material on a substrate using a lamination method by electrochemical electrodeposition, and its embodiment may be changed into various forms. . Therefore, the present invention is not limited by the embodiments disclosed herein, and all forms that can be changed by a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will also fall within the scope of the present invention.
10 : 3차원 프린팅 장치 11 : 전해액
12 : 기판 20 : 터브
30 : 다중전극모듈 31,40 : 전극홀더
32 : 복수의 전극 50, 80 : 전원공급부
57 : 저항소자 58 : 제1 스위칭부
59 : 제2 스위칭부 87 : 제3 스위칭부10: 3D printing device 11: electrolyte
12: substrate 20: tub
30:
32: a plurality of
57: resistance element 58: first switching unit
59: second switching unit 87: third switching unit
Claims (16)
상기 터브에 수용된 전해액에 침지된 상태로 놓여지는 기판;
전극홀더와, 상기 전극홀더에 소정간격으로 배열되어 고정되는 복수의 전극을 구비하는 다중전극모듈;
상기 다중전극모듈의 움직임을 조절하는 구동부;
상기 기판과 상기 복수의 전극에 전원을 인가하기 위한 전원공급부; 및
상기 구동부와 상기 전원공급부를 제어하여 상기 기판 상에 상기 전해액에 포함된 금속이온을 선택적으로 전착시켜 적층하는 제어부;를 포함하고,
상기 복수의 전극은 상기 전극홀더를 관통하되, 상기 복수의 전극의 밑면은 상기 전극홀더의 밑면과 수평을 이루는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.a tub for accommodating the electrolyte;
a substrate placed in a state of being immersed in the electrolyte solution accommodated in the tub;
a multi-electrode module having an electrode holder and a plurality of electrodes arranged and fixed to the electrode holder at predetermined intervals;
a driving unit for controlling the movement of the multi-electrode module;
a power supply unit for applying power to the substrate and the plurality of electrodes; and
a control unit for selectively electrodepositing and stacking metal ions included in the electrolyte on the substrate by controlling the driving unit and the power supply unit;
The plurality of electrodes pass through the electrode holder, the three-dimensional printing apparatus, characterized in that the bottom surface of the plurality of electrodes is parallel to the bottom surface of the electrode holder.
상기 터브에 수용된 전해액에 침지된 상태로 놓여지는 기판;
전극홀더와, 상기 전극홀더에 소정간격으로 배열되어 고정되는 복수의 전극을 구비하는 다중전극모듈;
상기 다중전극모듈의 움직임을 조절하는 구동부;
상기 기판과 상기 복수의 전극에 전원을 인가하기 위한 전원공급부;
상기 구동부와 상기 전원공급부를 제어하여 상기 기판 상에 상기 전해액에 포함된 금속이온을 선택적으로 전착시켜 적층하는 제어부;
전해액이 저장되는 저장부; 및
상기 저장부에 저장된 전해액을 상기 터브로 공급하기 위한 전해액 공급부;를 포함하고,
상기 전극홀더에는 상기 전해액 공급부에서 공급되는 전해액이 유입되는 유입구와, 상기 유입구를 통해 유입된 전해액이 분출되는 분출구와, 상기 유입구와 상기 분출구를 연결하는 분출유로가 구비되고,
상기 분출유로는 상기 유입구를 통해 유입된 전해액이 상기 분출구를 통해 분출시 상기 복수의 전극이 구비된 영역 방향으로 분출되도록 경사지는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.a tub for accommodating the electrolyte;
a substrate placed in a state of being immersed in the electrolyte solution accommodated in the tub;
a multi-electrode module having an electrode holder and a plurality of electrodes arranged and fixed to the electrode holder at predetermined intervals;
a driving unit for controlling the movement of the multi-electrode module;
a power supply unit for applying power to the substrate and the plurality of electrodes;
a control unit for selectively electrodepositing and stacking metal ions included in the electrolyte solution on the substrate by controlling the driving unit and the power supply unit;
a storage unit for storing the electrolyte; and
and an electrolyte supply unit for supplying the electrolyte stored in the storage unit to the tub;
The electrode holder is provided with an inlet through which the electrolyte supplied from the electrolyte supply unit is introduced, an outlet through which the electrolyte introduced through the inlet is ejected, and a spout passage connecting the inlet and the outlet,
3D printing apparatus, characterized in that the ejection passage is inclined so that the electrolyte introduced through the inlet is ejected in the direction of the region provided with the plurality of electrodes when ejected through the ejection port.
상기 분출구는 상기 전극홀더의 밑면에 형성되되 상기 복수의 전극이 구비된 영역의 가장자리 일측에 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.4. The method of claim 3,
The ejection hole is formed on the bottom surface of the electrode holder, the three-dimensional printing apparatus, characterized in that formed long on one side of the edge of the region provided with the plurality of electrodes.
상기 터브에 수용된 전해액에 침지된 상태로 놓여지는 기판;
전극홀더와, 상기 전극홀더에 소정간격으로 배열되어 고정되는 복수의 전극을 구비하는 다중전극모듈;
상기 다중전극모듈의 움직임을 조절하는 구동부;
상기 기판과 상기 복수의 전극에 전원을 인가하기 위한 전원공급부;
상기 구동부와 상기 전원공급부를 제어하여 상기 기판 상에 상기 전해액에 포함된 금속이온을 선택적으로 전착시켜 적층하는 제어부;
전해액이 저장되는 저장부; 및
상기 저장부에 저장된 전해액을 상기 터브로 공급하기 위한 전해액 공급부;를 포함하고,
상기 전극홀더에는 상기 전해액 공급부에서 공급되는 전해액이 유입되는 유입구와, 상기 유입구를 통해 유입된 전해액이 상기 기판으로 분출되도록 상기 전극홀더의 밑면에 형성되되 상기 복수의 전극 사이에 형성되는 분출구와, 상기 유입구와 상기 분출구를 연결하는 분출유로가 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.a tub for accommodating the electrolyte;
a substrate placed in a state of being immersed in the electrolyte solution accommodated in the tub;
a multi-electrode module having an electrode holder and a plurality of electrodes arranged and fixed to the electrode holder at predetermined intervals;
a driving unit for controlling the movement of the multi-electrode module;
a power supply unit for applying power to the substrate and the plurality of electrodes;
a controller for selectively electrodepositing and stacking metal ions included in the electrolyte on the substrate by controlling the driving unit and the power supply;
a storage unit for storing the electrolyte; and
and an electrolyte supply unit for supplying the electrolyte stored in the storage unit to the tub;
The electrode holder has an inlet through which the electrolyte supplied from the electrolyte supply unit is introduced; 3D printing apparatus, characterized in that provided with a jet passage connecting the inlet and the jet port.
상기 분출구는 상기 복수의 전극이 구비된 영역의 중심부에 형성되는 메인분출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.6. The method of claim 5,
The ejection port is a 3D printing apparatus, characterized in that it comprises a main outlet formed in the center of the region provided with the plurality of electrodes.
상기 분출구는 상기 복수의 전극이 구비된 영역의 중심부에 형성되는 메인분출구와, 상기 메인분출구 주위에 형성되는 주변분출구를 포함하고,
상기 메인분출구에 연결되는 메인유입구는 상기 전극홀더의 상면에 형성되되 상기 복수의 전극이 구비된 영역의 중심부에 형성되고, 상기 주변분출구에 연결되는 주변유입구는 상기 전극홀더의 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.6. The method of claim 5,
The outlet includes a main outlet formed in the center of the region provided with the plurality of electrodes, and a peripheral outlet formed around the main outlet,
The main inlet connected to the main outlet is formed on the upper surface of the electrode holder and is formed in the center of the region provided with the plurality of electrodes, and the peripheral inlet connected to the peripheral outlet is formed on the side of the electrode holder. 3D printing device.
상기 터브에 수용된 전해액에 침지된 상태로 놓여지는 기판;
전극홀더와, 상기 전극홀더에 소정간격으로 배열되어 고정되는 복수의 전극을 구비하는 다중전극모듈;
상기 다중전극모듈의 움직임을 조절하는 구동부;
상기 기판과 상기 복수의 전극에 전원을 인가하기 위한 전원공급부; 및
상기 구동부와 상기 전원공급부를 제어하여 상기 기판 상에 상기 전해액에 포함된 금속이온을 선택적으로 전착시켜 적층하는 제어부;를 포함하고,
상기 전원공급부는,
전원부;
상기 전원부를 상기 기판에 연결하는 기판연결부;
상기 전원부를 상기 복수의 전극에 연결하기 위한 메인연결부; 및
상기 메인연결부와 상기 복수의 전극 각각을 연결하는 서브연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.a tub for accommodating the electrolyte;
a substrate placed in a state of being immersed in the electrolyte solution accommodated in the tub;
a multi-electrode module having an electrode holder and a plurality of electrodes arranged and fixed to the electrode holder at predetermined intervals;
a driving unit for controlling the movement of the multi-electrode module;
a power supply unit for applying power to the substrate and the plurality of electrodes; and
a control unit for selectively electrodepositing and stacking metal ions included in the electrolyte on the substrate by controlling the driving unit and the power supply unit;
The power supply unit,
power supply;
a substrate connection unit connecting the power supply unit to the substrate;
a main connection unit for connecting the power supply unit to the plurality of electrodes; and
3D printing apparatus comprising a; sub-connection unit connecting the main connection unit and each of the plurality of electrodes.
상기 서브연결부는 상기 복수의 전극 각각이 병렬 배치되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.9. The method of claim 8,
The three-dimensional printing apparatus, characterized in that the sub-connection portion is provided so that each of the plurality of electrodes are arranged in parallel.
상기 서브연결부에는 저항소자가 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.10. The method of claim 9,
3D printing apparatus, characterized in that the sub-connection portion is provided with a resistance element.
상기 저항소자의 저항값은 상기 복수의 전극의 밑면과 상기 기판 사이의 저항값보다 큰 값을 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.11. The method of claim 10,
3D printing apparatus, characterized in that the resistance value of the resistance element has a value greater than the resistance value between the bottom surface of the plurality of electrodes and the substrate.
상기 저항소자의 저항값은 상기 복수의 전극의 밑면과 상기 기판 사이의 저항값의 5 ~ 15배 범위의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.12. The method of claim 11,
3D printing apparatus, characterized in that the resistance value of the resistance element has a value in the range of 5 to 15 times the resistance value between the bottom surface of the plurality of electrodes and the substrate.
상기 복수의 전극의 밑면과 상기 기판 사이의 저항값은 50 ~ 200Ω 범위의 값을 가지고, 상기 저항소자의 저항값은 250 ~ 3,000Ω 범위의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.12. The method of claim 11,
A resistance value between the bottom surfaces of the plurality of electrodes and the substrate has a value in the range of 50 ~ 200Ω, and the resistance value of the resistance element has a value in the range of 250 ~ 3,000Ω 3D printing apparatus.
상기 저항소자의 저항값은 상기 복수의 전극 각각의 밑면과 상기 기판 사이의 간격 차이로 인한 저항값 편차보다 큰 값을 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.11. The method of claim 10,
The three-dimensional printing apparatus, characterized in that the resistance value of the resistance element has a value greater than a resistance value deviation due to a difference in the distance between the bottom surface of each of the plurality of electrodes and the substrate.
상기 저항소자의 저항값은 상기 저항값 편차의 5 ~ 15배 범위의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.15. The method of claim 14,
3D printing apparatus, characterized in that the resistance value of the resistance element has a value in the range of 5 to 15 times the deviation of the resistance value.
상기 저항값 편차는 20 ~ 90Ω 범위의 값을 가지고, 상기 저항소자의 저항값은 100 ~ 1,350Ω 범위의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치.
15. The method of claim 14,
The 3D printing apparatus, characterized in that the resistance value deviation has a value in the range of 20 ~ 90Ω, the resistance value of the resistance element has a value in the range of 100 ~ 1,350Ω.
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