KR102392349B1 - 3차원 물체 제작 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 실시예들은 3차원 물체 제작 방법 및 시스템에 관한 것이다. 3차원 물체 제작 방법은 용융된 필라멘트를 분사하여 적층물을 형성하고, 적층물을 절삭 가공하여 몰드코어를 형성하는 단계, 몰드코어를 감싸는 몰드베이스를 가공하는 단계, 몰드코어의 표면을 연삭 가공하는 단계, 몰드코어 및 몰드베이스를 포함하는 사출몰드를 형성하는 단계 및 사출 재료를 사출몰드의 몰드코어에 주입시켜 사출 성형하여 3차원 물체를 제작하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

3차원 물체 제작 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR FABRICATING THREE-DIMENSIONAL OBJECTS}
본 실시예들은 3차원 물체 제작 방법 및 시스템에 관한 것이다.
3차원 물체 제작을 위한 사출 성형 공정은 사출 성형을 위한 금형을 제작하는데 높은 비용이 소요되지만, 한번 금형을 제작하면 여러 번 반복해서 사출하는 것이 가능하여 개당 제조 단가가 낮고 작업능률이 높아 대량생산에 주로 사용될 수 있다.
그러나, 최근의 몇몇 제품들은 다품종이면서 소량 생산을 요구하는 경우가 있다. 이와 같이 소량 생산을 하는 경우, 3차원 물체 제작을 위한 사출 성형 공정은 초기 금형의 제작 비용이 높아 개당 제조 단가가 높아지게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
이에, 3차원 물체를 효율적이면서 정밀하게 제작할 수 있는 방법에 대한 연구 개발이 필요한 실정이다.
본 실시예들은 3차원 물체를 효율적이면서 정밀하게 제작할 수 있는 3차원 물체 제작 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들은 3차원 물체를 효율적이면서 정밀하게 제작할 수 있는 3차원 물체 제작 시스템을 제공할 수 있다.
일 측면에서, 본 실시예들은, 용융된 필라멘트를 분사하여 적층물을 형성하고, 상기 적층물을 절삭 가공하여 몰드코어를 형성하는 단계; 상기 몰드코어를 감싸는 몰드베이스를 가공하는 단계; 상기 몰드코어의 표면을 연삭 가공하는 단계; 상기 몰드코어 및 상기 몰드베이스를 포함하는 사출몰드를 형성하는 단계; 및 사출 재료를 상기 사출몰드의 몰드코어에 주입시켜 사출 성형하여 3차원 물체를 제작하는 단계를 포함하되, 상기 필라멘트는, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱(Super Engineering Plastic, SEP) 필라멘트를 포함하고, 상기 사출 재료는, 플라스틱을 포함하는 3차원 물체 제작 방법을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은, 용융된 필라멘트를 분사하여 적층물을 형성하고, 상기 적층물을 절삭 가공하여 몰드코어를 형성하는 3D 프린터 장치; 상기 몰드코어를 감싸는 몰드베이스를 가공하고, 상기 몰드코어의 표면을 연삭 가공하며, 상기 몰드코어 및 상기 몰드베이스를 포함하는 사출몰드를 형성하는 가공 장치; 및 사출 재료를 상기 사출몰드의 몰드코어에 주입시켜 사출 성형하여 3차원 물체를 제작하는 사출 장치를 포함하되, 상기 필라멘트는, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱(Super Engineering Plastic, SEP) 필라멘트를 포함하고, 상기 사출 재료는, 플라스틱 사출 재료를 포함하는 3차원 물체 제작 시스템을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 3차원 물체를 효율적이면서 정밀하게 제작할 수 있는 3차원 물체 제작 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 3차원 물체를 효율적이면서 정밀하게 제작할 수 있는 3차원 물체 제작 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 실시예들에 따른 3D 프린터 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시예들에 따른 가공 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 실시예들에 따른 시제품(prototype)을 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
도 1은 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 시스템(1)은 3D 프린터 장치(100), 가공 장치(200) 및 사출 장치(300) 중 적어도 하나의 장치를 포함할 수 있다. 3D 프린터 장치(100), 가공 장치(200) 및 사출 장치(300)는 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다.
3D 프린터 장치(100)는 용융된 필라멘트를 분사하여 적층물을 형성하고, 적층물을 절삭 가공하여 몰드코어를 형성할 수 있다.
여기서, 필라멘트는 슈퍼 엔지니어링 플라스틱(Super Engineering Plastic, SEP) 필라멘트를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 분사되어 적층될 수 있는 필라멘트라면 어떠한 필라멘트라도 포함할 수 있다.
특히, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 필라멘트는, 폴리페닐렌 설파이드(Poly Phenylene Sulfide, PPS) 필라멘트를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 분사되어 적층될 수 있는 플라스틱 필라멘트라면 어떠한 플라스틱 필라멘트라도 포함할 수 있다.
가공 장치(200)는 몰드코어를 감싸는 몰드베이스를 가공하고, 몰드코어의 표면을 연삭 가공하며, 몰드코어 및 몰드베이스를 포함하는 사출몰드를 형성할 수 있다.
사출 장치(300)는 사출 재료를 사출몰드의 몰드코어에 주입시켜 사출 성형하여 3차원 물체를 제작할 수 있다.
여기서, 사출 재료는 플라스틱을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 사출 성형이 가능한 재료라면 어떠한 재료라도 포함할 수 있다.
특히, 플라스틱은 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 또는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 사출 성형이 가능한 플라스틱이라면 어떠한 플라스틱이라도 포함할 수 있다.
여기서, 3차원 물체는 시제품(prototype)일 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 실시예들에 따른 3D 프린터 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예들에 따른 3D 프린터 장치(100)는 프레임부(110), 베드부(120), 헤드부(130), 이송부(140) 및 제어부(150) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 프레임부(110), 베드부(120), 헤드부(130), 이송부(140) 및 제어부(150)는 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다.
프레임부(110)는 3D 프린터 장치(100)의 본체를 의미할 수 있으며, 3D 프린터 장치(100)의 구성 요소들을 지지할 수 있다.
베드부(120)는 프레임부(110) 상에 위치할 수 있으며, 몰드코어가 형성되는 영역일 수 있다. 즉, 베드부(120)에는 적층물이 형성될 수 있으며, 적층물이 절삭 가공될 수 있고, 이를 기반으로 몰드코어가 형성될 수 있다.
헤드부(130)는 베드부(120)의 상부에 위치할 수 있으며, 몰드코어를 형성할 수 있다. 예를 들어, 헤드부(130)는 베드부(120) 상에, 용융된 필라멘트를 분사하여 적층물을 형성하고, 적층물을 절삭 가공하여 몰드코어를 형성할 수 있다.
헤드부(130)는 적층부(131) 및 절삭부(132) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 적층부(131) 및 절삭부(132)는 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다. 특히, 적층부(131) 및 절삭부(132)는 도면에 도시된 바와 같이 하나의 3D 프린터 장치(100) 내에 함께 위치할 수 있다.
적층부(131)는 용융된 필라멘트를 분사하여 적층물을 형성할 수 있다. 적층부(131)는 압출기(131-1), 압출모터(131-2), 노즐히터(131-3), 히트블럭(131-4), 온도센서(131-5) 및 노즐(131-6) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 압출기(131-1), 압출모터(131-2), 노즐히터(131-3), 히트블럭(131-4), 온도센서(131-5) 및 노즐(131-6)은 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다.
압출기(131-1)는 필라멘트를 압출할 수 있다. 압출모터(131-2)는 압출기(131-1)를 동작시킬 수 있다. 이에, 압출기(131-1)는 압출모터(131-2)에 의해 동작되어, 필라멘트를 압출하여 노즐(131-6)로 제공할 수 있다.
노즐히터(131-3)는 히트블럭(131-4)을 가열할 수 있다. 히트블럭(131-4)은 노즐(131-6)을 가열할 수 있다. 이에, 히트블럭(131-4)은 노즐히터(131-3)에 의해 가열되어 노즐(131-6)을 가열할 수 있다. 온도센서(131-5)는 히트블럭(131-4)의 온도를 측정할 수 있다.
노즐(131-6)은 용융된 필라멘트를 분사할 수 있다. 즉, 노즐(131-6)은 히트블럭(131-4)에 의해 가열되고, 이를 기반으로 압출기(131-1)로부터 제공받은 필라멘트를 용융시키며, 용융된 필라멘트를 베드부(120) 상에 분사할 수 있으며, 분사된 필라멘트를 베드부(120) 상에 적층하여 적층물을 형성할 수 있다.
절삭부(132)는 적층물을 절삭 가공하여 몰드코어를 형성할 수 있다. 절삭부(132)는 적층부(131)의 근접한 곳에 위치할 수 있다. 절삭부(132)는 절삭스핀들(132-1) 및 절삭공구(132-2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 절삭스핀들(132-1) 및 절삭공구(132-2)는 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다.
절삭스핀들(132-1)은 절삭공구(132-2)를 회전시킬 수 있다. 절삭공구(132-2)는 적층물을 절삭할 수 있다. 이에, 절삭공구(132-2)는 절삭스핀들(132-1)에 의해 회전되어, 적층물을 절삭 가공하여 몰드코어를 형성할 수 있다.
한편, 적층부(131)는, 용융된 필라멘트를 분사하고, 분사된 필라멘트를 적층할 수 있다. 절삭부(132)는 분사된 필라멘트가 적층될때마다 절삭 가공할 수 있다. 본 실시예들에 따른 3D 프린터 장치(100)는 적층부(131)와 절삭부(132)의 동작을 반복함으로써, 몰드코어를 형성할 수 있다.
이송부(140)는 헤드부(130)를 이송시킬 수 있다. 이송부(140)는 X축 이송모터(141), X축 이송기구(142), Y축 이송모터(143), Y축 이송기구(144), Z축 이송모터(145) 및 Z축 이송기구(146) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. X축 이송모터(141), X축 이송기구(142), Y축 이송모터(143), Y축 이송기구(144), Z축 이송모터(145) 및 Z축 이송기구(146)는 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다.
X축 이송모터(141)는 X축 이송기구(142)를 X축 방향으로 이송시킬 수 있다. X축 이송기구(142)는 헤드부(130)를 X축 방향으로 이송시킬 수 있다. 이에, X축 이송기구(142)는 X축 이송모터(141)에 의해 헤드부(130)를 X축 방향으로 이송시킬 수 있다.
Y축 이송모터(143)는 Y축 이송기구(144)를 X축 방향으로 이송시킬 수 있다. Y축 이송기구(144)는 헤드부(130)를 Y축 방향으로 이송시킬 수 있다. 이에, Y축 이송기구(144)는 Y축 이송모터(143)에 의해 헤드부(130)를 Y축 방향으로 이송시킬 수 있다.
Z축 이송모터(145)는 Z축 이송기구(146)를 Z축 방향으로 이송시킬 수 있다. Z축 이송기구(146)는 헤드부(130)를 Z축 방향으로 이송시킬 수 있다. 이에, Z축 이송기구(146)는 Z축 이송모터(145)에 의해 헤드부(130)를 Z축 방향으로 이송시킬 수 있다.
제어부(150)는 프레임부(110), 베드부(120), 헤드부(130) 및 이송부(140) 중 적어도 하나와 연결되어, 이들의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는 3차원 물체 설계 데이터에 기반하여 몰드코어가 베드부(120) 상에 형성되도록, 프레임부(110), 베드부(120), 헤드부(130) 및 이송부(140) 중 적어도 하나의 동작을 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(150)는 3차원 물체 설계 데이터에 기반하여, X축 이송기구(142)가 헤드부(130)를 X축 방향으로 이송시킬 수 있도록, X축 이송기구(142)와 연결된 X축 이송모터(141)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(150)는 3차원 물체 설계 데이터에 기반하여, Y축 이송기구(144)가 헤드부(130)를 Y축 방향으로 이송시킬 수 있도록, Y축 이송기구(144)와 연결된 Y축 이송모터(143)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(150)는 3차원 물체 설계 데이터에 기반하여, Z축 이송기구(146)가 헤드부(130)를 Z축 방향으로 이송시킬 수 있도록, Z축 이송기구(146)와 연결된 Z축 이송모터(145)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 압출기(131-1)가 필라멘트를 압출하여 노즐(131-6)로 제공할 수 있도록, 압출기(131-1)와 연결된 압출모터(131-2)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(150)는 온도센서(131-5)로부터 제공받은 히트블럭(131-4)의 온도 정보에 기반하여, 히트블럭(131-4)이 노즐(131-6)을 가열할 수 있도록, 히트블럭(131-4)과 연결된 노즐히터(131-3)의 동작(일 예로, 노즐히터(131-3)의 히트블럭(131-4)에 대한 가열 정도 등)을 제어할 수 있다. 제어부(150)는 노즐(131-6)이 용융된 필라멘트를 분사하여 적층물을 형성할 수 있도록, 노즐(131-6)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 절삭공구(132-2)가 적층물을 절삭 가공하여 몰드코어를 형성할 수 있도록, 절삭스핀들(132-1)의 동작을 제어할 수 있다.
도 5는 본 실시예들에 따른 가공 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예들에 따른 가공 장치(200)는 CNC(computer numerical control)부(210), 연삭부(220) 및 조립부(230) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
CNC부(210)는 몰드코어를 감싸는 몰드베이스를 가공할 수 있다.
연삭부(220)는 몰드코어의 표면을 연삭 가공할 수 있다.
조립부(230)는 몰드코어 및 몰드베이스를 포함하는 사출몰드를 형성할 수 있다.
한편, CNC부(210), 연삭부(220) 및 조립부(230)는 각각 별개의 장치로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 일체로 구성될 수도 있다.
도 6 및 도 7은 본 실시예들에 따른 시제품(prototype)을 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 아래에서는 본 실시예들에 따른 시제품(prototype)을 하이토크 스퍼기어로하여 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 하이토크 스퍼기어 설계 데이터를 준비할 수 있다(S10).
여기서, 하이토크 스퍼기어는 피치원지름이 27mm일 수 있고, 잇수가 26개일 수 있으며, 트위스트각이 90° 일 수 있다.
이후, 3D 프린터 장치를 통해, 용융된 필라멘트를 분사하여 적층물을 형성하고, 적층물을 절삭 가공하여 몰드코어를 형성할 수 있다(S20).
여기서, 3D 프린터 장치는 적층 기능과 절삭 기능을 가진 장치로서, Hybrid-FDM(Fused Deposition Modeling) 3D 프린터 장치로 지칭될 수 있다.
이후, CNC(computer numerical control)를 통해, 몰드베이스를 가공할 수 있다(S30).
이후, 연삭기를 통해, 몰드코어의 배면을 연삭 가공할 수 있다(S40).
단계 S40에서는 탈지 단계, 전처리 단계, 1차 코팅 단계, 건조/경화 단계, 냉각 단계, 2차 코팅 단계, 경화 단계, 냉각 단계 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
이후, 도 7의 왼쪽 사진과 같이, 몰드코어 및 몰드베이스를 포함하는 시사출용 플라스틱 몰드(또는, 사출몰드)를 형성할 수 있다(S50).
여기서, 시사출용 플라스틱 몰드는 하측 몰드베이스, 하측 몰드코어, 상측 몰드베이스 및 상측 몰드코어를 포함할 수 있다.
이후, 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 재료를 준비할 수 있다(S60).
이후, 사출기를 통해, 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 재료를 사출몰드의 몰드코어에 주입시켜 시사출을 수행할 수 있다(S70). 시사출이 끝나면, 도 7의 오른?P 사진과 같이, 사출몰드의 몰드코어에 사출물이 형성될 수 있다.
여기서, 시사출시, 형체력은 3Ton일 수 있고, 사출 중량은 10g일 수 있으며, 사출온도는 240℃ 일 수 있고, 금형온도는 80℃ 일 수 있다.
이후, 하이토크 스퍼기어 시제품이 제작될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 방법 및 시스템은 폴리페닐렌 설파이드(Poly Phenylene Sulfide, PPS) 필라멘트을 이용하여 몰드코어를 생성하고, 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 또는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)를 이용하여 사출 성형할 수 있다.
폴리페닐렌 설파이드(PPS)의 경우, 단일 재료가 아닌 Glass Fiber들이 복합재료로 사용될 수 있으며, 이때의 열변형온도(Heat Deflection Temperature, HDT)는 270도 정도일 수 있다.여기서, 열변형온도(HDT)는 일정응력하에 변형이 되는 온도를 의미할 수 있다.
사출 성형은 기본적으로 일정응력조건이 있기에, 사출 재료의 물성을 볼 때 열변형온도(HDT)를 체크하여야 하므로, 몰드코어의 열변형온도(HDT)보다 낮은 재료들만 사출재료로 사용이 가능하며, 특히 215도로 사출하는 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 또는 220도로 사출하는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 등이 적합할 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 방법에 대해 설명한다. 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 방법은 3차원 물체 제작 시스템을 통해 수행될 수 있다. 이에, 도 1 내지 도 7을 참조하여 상술한 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 시스템과 중복되는 부분은 설명의 간명성을 위하여 이하에서 생략한다.
도 8은 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 방법은 몰드코어를 형성하는 단계(S100), 몰드베이스를 가공하는 단계(S200), 몰드코어의 표면을 연삭 가공하는 단계(S300), 사출몰드를 형성하는 단계(S400) 및 3차원 물체를 제작하는 단계(S500) 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 용융된 필라멘트를 분사하여 적층물을 형성하고, 적층물을 절삭 가공하여 몰드코어를 형성할 수 있다(S100).
구체적으로, 단계 S100은 적층부 및 절삭부를 포함하는 FDM(Fused Deposition Modeling) 기반 3D 프린터를 통해 몰드코어를 형성할 수 있다.
예를 들어, 단계 S100에서는 먼저, FDM 기반 3D 프린터의 적층부를 통해, 용융된 필라멘트를 분사하고, 분사된 필라멘트를 적층할 수 있다(S110).
그런 단음, FDM 기반 3D 프린터의 절삭부를 통해, 분사된 필라멘트가 적층될때마다 절삭 가공할 수 있다(S120)
그런 다음, 적층하는 단계(S110) 및 절삭 가공하는 단계(S120)를 반복하여 몰드코어를 형성할 수 있다(S130)
여기서, 필라멘트는 슈퍼 엔지니어링 플라스틱(Super Engineering Plastic, SEP) 필라멘트를 포함할 수 있다. 특히, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 필라멘트는, 폴리페닐렌 설파이드(Poly Phenylene Sulfide, PPS) 필라멘트를 포함할 수 있다.
이후, 몰드코어를 감싸는 몰드베이스를 가공할 수 있다(S200).
이후, 몰드코어의 표면을 연삭 가공할 수 있다(S300).
이후, 몰드코어 및 몰드베이스를 포함하는 사출몰드를 형성할 수 있다(S400)
이후, 사출 재료를 사출몰드의 몰드코어에 주입시켜 사출 성형하여 3차원 물체를 제작할 수 있다.
여기서, 사출 재료는 플라스틱을 포함할 수 있다. 특히, 플라스틱은 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 또는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)를 포함할 수 있다.
여기서, 3차원 물체는 시제품(prototype)일 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 8을 참조하면, 3차원 물체는 공구(일 예로, 외부 절삭기기 등)가 진입하기 힘든 부분을 포함하는 물체를 포함할 수 있다. 여기서, 공구(일 예로, 외부 절삭기기 등)가 진입하기 힘든 부분은 언더컷(undercut) 및 물체의 내부 공간(일 예로, 엘보파이프(elbow pipe)의 내부 공간 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이에, 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 방법 및 시스템은 FDM 기반 3D 프린터의 절삭부를 통해, 분사된 필라멘트가 한층씩 적층될때마다 절삭 가공함으로써, 언더컷 혹은 엘보파이프의 내부와 같이 가공완료 후 공구가 진입하기 힘든 곳을 단면상에서 미리 가공할 수 있어, 물체 내부 표면 조도를 향상(또는, 만족)시킬 수 있다.
또한, 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 방법 및 시스템은 FDM 기반 3D 프린터의 절삭부를 통해, 분사된 필라멘트가 적층될때마다 절삭 가공하되, 적층물의 바깥쪽 부분부터 절삭 가공하고, 이후 적층물의 안쪽 부분을 절삭 가공할 수 있다.
즉, 절삭 가공 시, Burr들이 생성되는데, 플라스틱은 Burr들이 비산되지 않고 늘러 붙는 경우가 많을 수 있다. 이에, 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 방법 및 시스템은 절삭 가공을 적층물의 바깥쪽 부분부터 시작하여 점차적으로 적층물의 안쪽 부분으로 진행함으로써, Burr들을 안쪽으로 향하게 하고, 다음층 적층 시, Burr들과 접착시켜, 표면 거칠기에 영향을 주지 않게 할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 따른 몰드베이스는 알루미늄계 합금으로 이루어 질 수 있다. 특히, 알루미늄계 합금은 두랄루민(Duralumin)을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 방법 및 시스템은 하나의 FDM 기반 3D 프린터를 이용하여 분사된 필라멘트를 적층하고 분사된 필라멘트가 적층될때마다 절삭 가공하여 몰드를 형성함으로써, 수um 대의 표면 거칠기 확보가 가능하여 시사출용 폴리머 몰드, 기계용 배관 브라켓 및 피팅 등 미려한 표면을 가지는 기계 부속품 등을 효율적이면서 정밀하게 제작할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 방법 및 시스템은 슈퍼 엔지니어링 플라스틱(Super Engineering Plastic, SEP) 필라멘트를 사용하여 고분자 몰드를 형성함으로써, 몰드의 내열성, 내마모성 및 가공성을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 방법 및 시스템은 폴리페닐렌 설파이드(Poly Phenylene Sulfide, PPS) 필라멘트를 사용하여 고분자 몰드를 형성함으로써, 종래의 3D 프린터에 비해 몰드의 생산 개수를 약 10배 정도 늘릴 수 있다.
또한, 본 실시예들에 따른 3차원 물체 제작 방법 및 시스템은 플라스틱 사출 재료(일 예로, 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 또는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 등)를 3D 프린터 장치를 통해 형성된 사출몰드에 주입시켜 사출 성형하여 3차원 물체(일 예로, 시제품(prototype) 등)를 제작함으로써, 3차원 물체(일 예로, 시제품(prototype) 등)를 효율적이면서 정밀하게 제작할 수 있을 뿐만 아니라 제작 비용을 낮추어 제조 단가를 낮출 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 3차원 물체 제작 시스템
100: 3D 프린터 장치
200: 가공 장치
300: 사출 장치

Claims (7)

  1. 용융된 필라멘트를 분사하여 적층물을 형성하고, 상기 적층물을 절삭 가공하여 몰드코어를 형성하는 단계;
    상기 몰드코어를 감싸는 몰드베이스를 가공하는 단계;
    상기 몰드코어의 표면을 연삭 가공하는 단계;
    상기 몰드코어 및 상기 몰드베이스를 포함하는 사출몰드를 형성하는 단계; 및
    사출 재료를 상기 사출몰드의 몰드코어에 주입시켜 사출 성형하여 3차원 물체를 제작하는 단계를 포함하되,
    상기 필라멘트는, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱(Super Engineering Plastic, SEP) 필라멘트를 포함하고,
    상기 사출 재료는, 플라스틱을 포함하며,
    상기 몰드코어를 형성하는 단계는,
    분사된 필라멘트가 적층될 때마다 상기 적층물을 한 층씩 절삭 가공하되, 상기 적층물의 바깥쪽 부분부터 절삭 가공하고, 이후 상기 적층물의 안쪽 부분을 절삭 가공하여, 상기 적층물 내부를 단면상에서 미리 가공하는 것을 포함하는 3차원 물체 제작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 필라멘트는, 폴리페닐렌 설파이드(Poly Phenylene Sulfide, PPS) 필라멘트를 포함하는 3차원 물체 제작 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드코어를 형성하는 단계는,
    적층부 및 절삭부를 포함하는 FDM(Fused Deposition Modeling) 기반 3D 프린터를 통해 상기 몰드코어를 형성하는 3차원 물체 제작 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 몰드코어를 형성하는 단계는,
    상기 FDM 기반 3D 프린터의 적층부를 통해, 용융된 필라멘트를 분사하고, 분사된 필라멘트를 적층하는 단계;
    상기 FDM 기반 3D 프린터의 절삭부를 통해, 분사된 필라멘트가 적층될때마다 절삭 가공하는 단계; 및
    상기 적층하는 단계 및 상기 절삭 가공하는 단계를 반복하는 단계를 포함하는 3차원 물체 제작 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라스틱은, 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 또는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)를 포함하는 3차원 물체 제작 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 3차원 물체는, 시제품(prototype)인 3차원 물체 제작 방법.
  7. 용융된 필라멘트를 분사하여 적층물을 형성하는 적층부와, 상기 적층물을 절삭 가공하여 몰드코어를 형성하는 절삭부와, 상기 적층부 및 절삭부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 3D 프린터 장치;
    상기 몰드코어를 감싸는 몰드베이스를 가공하고, 상기 몰드코어의 표면을 연삭 가공하며, 상기 몰드코어 및 상기 몰드베이스를 포함하는 사출몰드를 형성하는 가공 장치; 및
    사출 재료를 상기 사출몰드의 몰드코어에 주입시켜 사출 성형하여 3차원 물체를 제작하는 사출 장치를 포함하되,
    상기 필라멘트는, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱(Super Engineering Plastic, SEP) 필라멘트를 포함하고,
    상기 사출 재료는, 플라스틱 사출 재료를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 적층부에서 분사된 필라멘트가 적층될 때마다 상기 절삭부에서 상기 적층물을 한 층씩 절삭 가공하도록 제어하되, 상기 적층물의 바깥쪽 부분부터 절삭 가공하고, 이후 상기 적층물의 안쪽 부분을 절삭 가공하여, 상기 적층물 내부를 단면상에서 미리 가공하도록 제어하는 3차원 물체 제작 시스템.
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