KR102459236B1 - 역방향 3d 프린팅 장치 및 이를 이용한 역방향 3d 프린팅 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예는 프린터의 상부에 위치하고 변형, 이동 및 회전이 불가능한 고정물의 표면에 3D 프린팅으로 미세 패터닝을 수행할 수 있도록 하는 기술을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 역방향 3D 프린팅 장치는, 금속 또는 비금속의 소재로 형성되며, 하부면을 구비하는 프린팅대상; 프린팅대상의 하부에 위치하여, 프린팅대상의 하부면을 향하도록 상방으로 적층입자를 배출시키는 노즐; 노즐과 결합하고 자기장을 발생시켜 적층입자를 자화 또는 정렬시키는 노즐용자성체; 및 노즐과 결합하고, 노즐의 배출구와 프린팅대상의 하부면 간 거리가 가변하도록 노즐을 이동시키는 수직구동부;를 포함한다.
Description
본 발명은 역방향 3D 프린팅 장치 및 이를 이용한 역방향 3D 프린팅 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 프린터의 상부에 위치하고 변형, 이동 및 회전이 불가능한 고정물의 표면에 3D 프린팅으로 미세 패터닝을 수행할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
기존의 3D 프린터를 활용하여, 소정의 대상 표면 상 구조물을 제작(패터닝)하기 위한 방법으로는, 광경화 방식 또는 전기수력학(EHD, electrohydrodynamics)잉크젯 방식, 일정 압력으로 잉크를 직접 토출하여 프린팅하는 방식 등이 있다.
그런데, 상기와 같이 기존의 3D 프린터를 활용하여 3D 프린팅을 수행하는 방식에서는, 노즐의 하부에 형성된 3D 프린팅 대상 표면 상에 3D 프린팅을 수행하는 공정을 수행하는 것이어서, 노즐의 하부에서 상부 방향으로 적층 물질을 토출하여 3D 프린터의 상부에 위치한 3D 프린팅 대상의 하부 표면에 3D 프린팅을 수행할 수 있는 역방향 프린팅을 수행하기에는 공정 및 재료적 한계가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0134674 호(발명의 명칭: 인덕티브 및 레지스티브 장치를 사용하는 3차원 프린트 장치)에서는, 자성을 띄는 재료를 이용하여 3D 프린팅을 수행함으로써, 적층된 각각의 레이어간 결합력을 증대시켜 3D 구조체의 형성이 용이할 수 있고, 강자성을 띄는 프린트 재료를 공급하고, 이와 같은 프린트 재료가 노즐을 통해 토출되어 베이스 상에 적층을 수행하면서 3D 구조체가 형성되도록 하고, 프린트 재료 입자가 코일에 의해 정렬 제어되는 사항이 개시되어 있다.
미국 공개특허 제2018/0236724호(발명의 명칭: Novel 3d printing method to fabricate bonded magnets of complex shape)에서는, 자성 입자를 이용하여 3D 프린팅을 수행하여 3D 구조체를 형성함으로써, 자성을 구비하고 복잡한 형상으로 형성되는 3D 구조체를 제조할 수 있으며, 자성 입자가 고분자 수지 소재(바인더)와 혼합되어 3D 프린팅을 위한 소재가 형성되며, 이와 같은 프린팅 소재를 노즐로부터 분출하여 3D 프린팅을 수행하고, 노즐에는 자석이 형성되어 자성 입자를 정렬시키는 사항이 개시되어 있다.
다만, 상기된 선행특허들의 기술에서는, 노즐의 하부에 위치한 베이스 상에 재료가 토출되는 방식이어서 상기와 같은 역방향 프린팅에는 적합하지 않다는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 프린터의 상부에 위치하고 변형, 이동 및 회전이 불가능한 고정물의 표면에 3D 프린팅으로 미세 패터닝을 수행할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 금속 또는 비금속의 소재로 형성되며, 하부면을 구비하는 프린팅대상; 상기 프린팅대상의 하부에 위치하여, 상기 프린팅대상의 하부면을 향하도록 상방으로 적층입자를 배출시키는 노즐; 상기 노즐과 결합하고 자기장을 발생시켜 상기 적층입자를 자화 또는 정렬시키는 노즐용자성체; 및 상기 노즐과 결합하고, 상기 노즐의 배출구와 상기 프린팅대상의 하부면 간 거리가 가변하도록 상기 노즐을 이동시키는 수직구동부;를 포함하고, 상기 노즐로부터 배출된 상기 적층입자가 상기 프린팅대상의 하부면으로부터 상기 노즐 방향으로 적층되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 적층입자가 바인더 기능을 수행하는 유체와 혼합되어 혼합물이 생성되고, 상기 혼합물이 상기 노즐의 유로를 통과할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 적층입자는, 금속 입자 또는 자성 입자일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 프린팅대상의 상부에 위치하여 상기 적층입자에 자기장을 제공하는 표면자기장발생부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 표면자기장발생부 또는 상기 노즐용자성체의 자기장 세기 변화에 따라 상기 프린팅대상의 하부면으로 배출되는 상기 적층입자의 배출 라인 폭이 가변될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 프린팅대상의 하부면과 상기 노즐의 배출구 간 거리 변화에 따라 상기 프린팅대상의 하부면으로 배출되는 상기 적층입자의 배출 라인 폭이 가변될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 노즐용자성체는, 상기 노즐의 외부 둘레를 따라 형성된 솔레노이드 코일일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 수직구동부는, 상기 노즐을 지지하는 수직지지체; 및 상기 수직지지체와 결합하고 상기 수직지지체를 상하 방향으로 이동시키는 수직구동기를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 수직구동부와 결합하고 상하 방향으로 이동하는 상기 수직구동부를 전후 또는 좌우 방향으로 이동시키는 수평구동부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 상기 노즐의 배출구가 상기 프린팅대상의 하부면을 향하도록 상기 노즐을 배치시키는 제1단계; 상기 적층입자에 작용하는 중력을 고려하여, 상기 노즐용자성체의 자기장 세기를 조절하는 제2단계; 상기 적층입자를 상기 프린팅대상의 하부면으로 배출시켜 상기 적층입자를 상기 프린팅대상의 하부면에 적층시켜 하나의 레이어를 형성시키는 제3단계; 및 상기 하나의 레이어 상에 상기 적층입자를 적층시키는 제4단계;를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제2단계에서, 상기 표면자기장발생부의 자기장 세기를 조절할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 프린터의 상부에 위치하고 변형, 이동 및 회전이 불가능한 고정물의 표면에 3D 프린팅으로 미세 패터닝을 수행할 수 있어, 3D 프린팅 수행 영역을 확대시킬 수 있다는 것이다.
그리고, 본 발명의 효과는, 금속으로 형성된 고정물뿐만 아니라 비금속으로 형성된 고정물에도 역방향 프린팅이 가능하여, 다양한 종류의 고정물의 표면에 3차원 구조물을 형성시킬 수 있다는 것이다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프린팅 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프린팅 장치의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프린팅 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 프린팅 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프린팅 장치의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프린팅 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 프린팅 장치의 모식도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 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(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 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 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프린팅 장치의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프린팅 장치의 모식도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프린팅 장치의 개략도이다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 프린팅 장치는, 금속 또는 비금속의 소재로 형성되며, 하부면을 구비하는 프린팅대상(20); 프린팅대상(20)의 하부에 위치하여 프린팅대상(20)의 하부면을 향하도록 상방으로 적층입자(10)를 배출시키는 노즐(110); 노즐(110)과 결합하고 자기장을 발생시켜 적층입자(10)를 자화 또는 정렬시키는 노즐용자성체(120); 및 노즐(110)과 결합하고, 노즐(110)의 배출구와 프린팅대상(20)의 하부면 간 거리가 가변하도록 노즐(110)을 이동시키는 수직구동부;를 포함한다.
적층입자(10)는 나노 또는 마이크로 단위의 입자일 수 있다. 그리고, 적층입자(10)가 바인더 기능을 수행하는 유체와 혼합되어 혼합물이 형성되고, 혼합물이 노즐(110)의 유로(111)를 통과할 수 있다. 이에 따라, 적층입자(10)가 노즐(110)의 유로(111)를 따라 유동한 후 프린팅대상(20)의 하부면으로 배출되어 프린팅대상(20)의 하부면에 적층될 수 있다.
이와 같은 경우, 적층입자(10)가 적층되는 방향으로 중력이 작용함으로써, 적층입자(10)에 의한 3차원 구조물이 무너지는 현상을 방지할 수 있다. 구체적으로, 도 4에서의 본 발명의 또 다른 실시 예에서 보는 바와 같이, 적층입자(10)가 적층되는 방향에 대해 반대 방향으로 중력이 작용하는 경우에는, 각각의 적층입자(10)의 중량에 의해 3차원 구조물에 하방 힘이 생성됨으로써 3차원 구조물이 무너지는 현상이 발생할 수 있으나, 상기와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프린팅 장치에서는 이와 같은 현상이 방지될 수 있는 것이다.
노즐용자성체(120)는, 노즐(110)의 외부 둘레를 따라 형성된 솔레노이드 코일일 수 있다. 그리고, 노즐용자성체(120)는 자성체전원(140)과 연결될 수 있으며, 자성체전원(140)으로부터 노즐용자성체(120)로 전기가 공급되어 노즐용자성체(120)에 자기장이 형성될 수 있다. 본 발명에서는 노즐용자성체(120)가 솔레노이드 코일이라고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 자기장을 생성할 수 있는 다른 구성도 이용될 수 있다.
적층입자(10)는, 금속 입자 또는 자성 입자일 수 있다. 적층입자(10)가 금속 입자인 경우에는, 이와 같은 금속 입자가 노즐(110)을 통과하면서 노즐용자성체(120)의 자기장에 의해 자화됨과 동시에, 노즐용자성체(120)의 자기장에 의해 정렬될 수 있다.
그리고, 적층입자(10)가 자성 입자인 경우에는, 이와 같은 자성 입자가 노즐(110)을 통과하면서 노즐용자성체(120)의 자기장에 의해 정렬될 수 있다. 상기와 같이, 적층입자(10)가 노즐(110)을 통과하면서 정렬됨으로써, 적층입자(10)의 적층 효율이 증대될 수 있다.
이와 같은 적층입자(10)가 유체와 함께 노즐(110)로부터 배출 시, 해당 혼합물은 전기유체역학에서의 타일러 원뿔(Taylor cone) 현상에 의하여 일정하게 프린팅대상(20)의 하부면으로 유동할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의해, 노즐(110)로부터 배출된 적층입자(10)가 프린팅대상(20)의 하부면으로부터 노즐(110) 방향으로 적층될 수 있다. 그리고, 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 프린팅 장치는, 프린팅대상(20)의 상부에 위치하여 적층입자(10)에 자기장을 제공하는 표면자기장발생부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이, 프린팅대상(20)이 금속 또는 비금속으로 형성될 수 있으며, 또한, 적층입자(10)가 금속 입자 또는 자성 입자일 수 있으므로, 이하, 각각의 경우에 적층입자(10)의 적층이 수행되는 사항에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 제1실시 예로써, 적층입자(10)가 금속 입자로 형성되고, 프린팅대상(20)이 금속으로 형성될 수 있다. 이와 같은 경우에는, 적층입자(10)가 노즐(110)을 통과하면서 노즐용자성체(120)의 자기장에 의해 자화 및 정렬될 수 있고, 자화된 적층입자(10)가 금속면에 대한 자기력에 의해 프린팅대상(20)의 하부면에 결합될 수 있다. 또한, 자화된 적층입자(10)가 추가적으로 공급되면서 프린팅대상(20)의 하부면에 적층입자(10)가 적층될 수 있다.
제2실시 예로써, 적층입자(10)가 자성 입자로 형성되고, 프린팅대상(20)이 금속으로 형성될 수 있다. 이와 같은 경우에는, 적층입자(10)가 노즐(110)을 통과하면서 노즐용자성체(120)의 자기장에 의해 정렬될 수 있고, 적층입자(10)가 금속면에 대한 자기력에 의해 프린팅대상(20)의 하부면에 결합될 수 있다. 또한, 자성을 구비한 적층입자(10)가 추가적으로 공급되면서 프린팅대상(20)의 하부면에 적층입자(10)가 적층될 수 있다.
제1 실시 예와 제2실시 예에 있어서, 프린팅대상(20)의 상부에 표면자기장발생부가 형성될 수 있으며, 표면자기장발생부의 자기장에 의해 적층입자(10)가 상방으로 이동하는 힘, 적층입자(10)가 프린팅대상(20)의 하부면에 결합되는 힘, 또는 적층입자(10)가 적층되어 형성된 하나의 레이어 상에 다음 레이어의 적층입자(10)가 결합되는 힘이 증대될 수 있다.
제3실시 예로써, 적층입자(10)가 금속 입자로 형성되고, 프린팅대상(20)이 비금속으로 형성될 수 있다. 이와 같은 경우에는, 프린팅대상(20)의 상부에 형성된 표면자기장발생부의 자기장이 지속적으로 제공될 수 있다.
그리고, 적층입자(10)가 노즐(110)을 통과하면서 노즐용자성체(120)의 자기장에 의해 자화 및 정렬될 수 있고, 자화된 적층입자(10)가 표면자기장발생부의 자기장에 의한 자기력에 의해 프린팅대상(20)의 하부면에 결합될 수 있다. 또한, 자화된 적층입자(10)가 추가적으로 공급되면서 프린팅대상(20)의 하부면에 적층입자(10)가 적층될 수 있다.
제4실시 예로써, 적층입자(10)가 자성 입자로 형성되고, 프린팅대상(20)이 비금속으로 형성될 수 있다. 이와 같은 경우에는, 이와 같은 경우에는, 프린팅대상(20)의 상부에 형성된 표면자기장발생부의 자기장이 지속적으로 제공될 수 있다.
그리고, 적층입자(10)가 노즐(110)을 통과하면서 노즐용자성체(120)의 자기장에 의해 정렬될 수 있고, 자성을 구비한 적층입자(10)가 표면자기장발생부의 자기장에 의한 자기력에 의해 프린팅대상(20)의 하부면에 결합될 수 있다. 또한, 자화된 적층입자(10)가 추가적으로 공급되면서 프린팅대상(20)의 하부면에 적층입자(10)가 적층될 수 있다.
상기와 같이, 노즐(110)에 의해 프린팅대상(20)의 하부면을 향해 상방으로 분출 또는 분사된 적층입자(10)와 유체의 혼합물에서, 적층입자(10)는 노즐(110)에서의 배출되는 힘과 상기와 같은 제1 내지 제4실시 예 각각의 자기력에 의해 하부에서 상부 방향으로 이동하여 프린팅대상(20)의 하부면 또는 하나의 레이어 상에 결합될 수 있다.
그리고, 프린팅대상(20)의 하부면 또는 하나의 레이어 상에 결합된 적층입자(10)는 유체의 경화 등에 의한 결합력 또는 적층입자(10) 자체에 의한 결합력에 의해 고정될 수 있다.
표면자기장발생부는, 프린팅대상(20)의 상부면에 인접하게 형성되고 자기장을 생성하는 표면자기장발생기(210); 및 표면자기장발생기(210)로 전기를 공급하는 표면자기장전원(220)을 구비할 수 있다.
표면자기장발생기(210)는, 하나의 도선이 하나의 평면 상에서 나선형으로 형성되는 형상인 펜케이크 코일 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 표면자기장발생기(210)의 형상이 펜케이크 코일 형상으로 한정되는 것은 아니고, 적층입자(10)에 자기장을 제공하는 다른 코일 형상으로 형성될 수도 있다.
적층입자(10)에는 상기와 같은 결합력에 대응되는 방향으로 중력도 작용하며, 상기와 같이 상방으로 적층입자(10)를 배출하여 프린팅대상(20)의 하부면에 적층입자(10)를 적층시키는 경우, 유체의 경화 등으로 적층입자(10)가 고정되기 전에 적층입자(10)의 위치가 일정하게 유지되도록 표면자기장발생부에 의한 자기장이 적층입자(10)에 제공될 수 있다.
표면자기장발생부 또는 노즐용자성체(120)의 자기장 세기 변화에 따라 프린팅대상(20)의 하부면으로 배출되는 적층입자(10)의 배출 라인 폭이 가변될 수 있다.
도 2에서 보는 바와 같이, 노즐용자성체(120)에 공급되는 전기의 세기가 증가하여 노즐용자성체(120)의 자기장 세기가 증가하는 경우, 적층입자(10)의 밀집력이 증가하여 적층입자(10)의 배열 수가 감소함으로써 적층입자(10)의 배출 라인 폭이 감소할 수 있다.
그리고, 노즐용자성체(120)에 공급되는 전기의 세기가 감소하여 노즐용자성체(120)의 자기장 세기가 감소하는 경우, 적층입자(10)의 밀집력이 감소하여 적층입자(10)의 배열 수가 증가함으로써 적층입자(10)의 배출 라인 폭이 증가할 수 있다.
마찬가지로, 표면자기장발생기(210)에 공급되는 전기의 세기가 증가하여 표면자기장발생기(210)의 자기장 세기가 증가하는 경우, 적층입자(10)의 밀집력이 증가하여 적층입자(10)의 배열 수가 감소함으로써 적층입자(10)의 배출 라인 폭이 감소할 수 있다.
그리고, 표면자기장발생기(210)에 공급되는 전기의 세기가 감소하여 표면자기장발생기(210)의 자기장 세기가 감소하는 경우, 적층입자(10)의 밀집력이 감소하여 적층입자(10)의 배열 수가 증가함으로써 적층입자(10)의 배출 라인 폭이 증가할 수 있다.
표면자기장발생부 또는 노즐용자성체(120)의 자기장 세기를 직접적으로 가변시키는 경우와 달리, 프린팅대상(20)의 하부면과 노즐(110)의 배출구 간 거리 변화에 따라 프린팅대상(20)의 하부면으로 배출되는 적층입자(10)의 배출 라인 폭이 가변될 수 있다.
구체적으로, 프린팅대상(20)의 하부면과 노즐(110)의 배출구 간 거리가 증가하는 경우, 노즐(110)에서 배출되는 적층입자(10)에 대한 표면자기장발생기(210)의 자기장 세기가 감소하여 적층입자(10)의 밀집력이 감소하고, 이에 따라 적층입자(10)의 배열 수가 증가함으로써 적층입자(10)의 배출 라인 폭이 증가할 수 있다.
그리고, 프린팅대상(20)의 하부면과 노즐(110)의 배출구 간 거리가 감소하는 경우, 노즐(110)에서 배출되는 적층입자(10)에 대한 표면자기장발생기(210)의 자기장 세기가 증가하여 적층입자(10)의 밀집력이 증가하고, 이에 따라 적층입자(10)의 배열 수가 감소함으로써 적층입자(10)의 배출 라인 폭이 감소할 수 있다.
상기와 같이, 적층입자(10)의 배출 라인 폭이 가변될 수 있으므로, 프린팅되는 선 폭을 미세하게 조절할 수 있으며, 이에 따라, 프린팅대상(20)의 하부면에서 적층입자(10)의 적층으로 형성되는 3차원 구조물의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 프린팅 장치는, 노즐(110)과 결합하고 노즐(110)의 유로(111)를 따라 유동하는 적층입자(10)에 압력을 제공하는 펌프를 구비하는 프린터본체(130); 및 프린터본체(130)의 펌프와 연결되고 펌프로 유체와 적층입자(10)를 공급하는 탱크(420)를 더 포함할 수 있다.
프린터본체(130)는 노즐(110)을 지지함과 동시에, 펌프를 이용하여 탱크(420)로부터 전달받은 유체와 적층입자(10)를 노즐(110)로 전달할 수 있다. 그리고, 펌프의 압력에 의해 유체와 적층입자(10)가 노즐(110)의 유로(111)를 통과하여 프린터대상의 표면을 향해 배출될 수 있다.
수직구동부는, 노즐(110)을 지지하는 수직지지체(310); 및 수직지지체(310)와 결합하고 수직지지체(310)를 상하 방향으로 이동시키는 수직구동기(320)를 구비할 수 있다. 그리고, 본 발명의 프린팅 장치는, 수직구동부와 결합하고 상하 방향으로 이동하는 수직구동부를 전후 또는 좌우 방향으로 이동시키는 수평구동부(410)를 더 포함할 수 있다.
수직지지체(310)의 일단은 프린터본체(130)와 결합하고 타단은 수직구동부와 결합하며, 수직구동부의 작동에 의해 수직지지체(310)가 상하 방향(z축 방향)으로 이동함으로써, 프린터본체(130)에 결합된 노즐(110)이 상하 방향으로 이동할 수 있다.
그리고, 수평구동부(410)는 상하 방향(z축 방향)에 수직인 전후 좌우 방향(x, y축 방향)으로 이동할 수 있으며, 수평구동부(410)의 이동에 따라 수직지지체(310)가 전후 좌우 방향(x, y축 방향)으로 이동함으로써, 결과적으로 노즐(110)이 전후 좌우 방향(x, y축 방향)으로 이동할 수 있다.
상기와 같은 구동에 의해, 노즐(110)이 3차원 운동을 수행하며 적층입자(10)를 배출할 수 있으며, 이에 따라, 적층입자(10)를 이용한 3차원 구조물의 형성이 용이할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의하여, 프린터의 상부에 위치하고 변형, 이동 및 회전이 불가능한 고정물의 표면에 3D 프린팅으로 미세 패터닝을 수행할 수 있어, 3D 프린팅 수행 영역을 확대시킬 수 있다.
그리고, 금속으로 형성된 고정물뿐만 아니라 비금속으로 형성된 고정물에도 역방향 프린팅이 가능하여, 다양한 종류의 고정물의 표면에 3차원 구조물을 형성시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 프린팅 장치의 모식도이다.
상기된 본 발명의 프린팅 장치에 대한 설명에서는, 노즐(110)의 배출구가 노즐(110)의 상부에 위치하는 프린팅대상(20)의 하부면을 향하는 방향(역방향)으로 적층입자(10)를 배출시키는 사항에 대해서 설명하고 있다.
그런데, 도 4에서 보는 바와 같이, 프린팅대상(20)이 노즐(110)의 하부에 위치하고 프린팅대상(20)의 상부면에 노즐(110)로부터 하방(정방향)으로 적층입자(10)가 배출될 수도 있다. 적층입자(10)의 배출 방향이 상이하여, 적층입자(10)에 대한 중력의 방향이 반대일 수 있다.
도 4와 같은 정방향 배출 실시 예에서는, 상기된 역방향 배출에서의 제1실시 예와 제2 실시 예에서와 같이 적층입자(10)의 자성에 의해 적층입자(10)가 금속인 프린팅대상(20)의 표면에 적층되는 사항, 및 상기된 역방향 배출에서의 제3실시 예와 제4실시 예에서와 같이 자성의 띈 적층입자(10)가 표면자기장발생부의 자기장에 의해 비금속인 프린팅대상(20)의 표면에 적층되는 사항은 적용되지 않을 수 있다.
그리고, 이와 같은 사항 및 일부 효과에 대한 사항을 제외한 나머지 상세한 사항은, 역방향 배출 실시 예에 대해 기재한 사항과 동일하다.
상기와 같은 본 발명의 프린팅 장치를 이용한 본 발명의 프린팅 방법에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 제1단계에서, 노즐(110)의 배출구가 프린팅대상(20)의 하부면을 향하도록 노즐(110)을 배치시킬 수 있다. 그리고, 제2단계에서, 적층입자(10)에 작용하는 중력을 고려하여, 노즐용자성체(120)의 자기장 세기를 조절할 수 있다. 여기서, 노즐용자성체(120)의 자기장 세기를 조절함과 동시 또는 별도로, 표면자기장발생부의 자기장 세기를 조절할 수 있다.
다음으로, 제3단계에서, 적층입자(10)를 프린팅대상(20)의 하부면으로 배출시켜 적층입자(10)를 프린팅대상(20)의 하부면에 적층시켜 하나의 레이어를 형성시킬 수 있다. 그 후, 제4단계에서, 하나의 레이어 상에 적층입자(10)를 적층시킬 수 있다.
본 발명의 프린팅 방법에 대한 나머지 상세한 사항은, 본 발명의 프린팅 장치의 설명에 기재된 사항과 동일하다.
상기와 같은 본 발명의 프린팅 장치를 이용한 3D 프린팅 시스템을 형성할 수 있다. 그리고, 상기와 같은 본 발명의 프린팅 방법에 의해 형성된 3차원 구조물은, 외부 자극에 의해 변형이 가능하며, 이에 따라, 프린팅대상(20)의 내측면에 본 발명의 3차원 구조물이 형성되는 경우, 해당 3차원 구조물은 프린팅대상(20)의 내부를 유동하는 유체 등을 감지할 수 있는 센싱소자로 이용될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 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.
10 : 적층입자 20 : 프린팅대상
110 : 노즐 111 : 유로
120 : 노즐용자성체 130 : 프린터본체
140 : 자성체전원 210 : 표면자기장발생기
220 : 표면자기장전원 310 : 수직지지체
320 : 수직구동기 410 : 수평구동부
420 : 탱크
110 : 노즐 111 : 유로
120 : 노즐용자성체 130 : 프린터본체
140 : 자성체전원 210 : 표면자기장발생기
220 : 표면자기장전원 310 : 수직지지체
320 : 수직구동기 410 : 수평구동부
420 : 탱크
Claims (12)
- 금속 또는 비금속의 소재로 형성되며, 하부면을 구비하는 프린팅대상;
상기 프린팅대상의 하부에 위치하여, 상기 프린팅대상의 하부면을 향하도록 상방으로 적층입자를 배출시키는 노즐;
상기 노즐과 결합하고 자기장을 발생시켜 상기 적층입자를 자화 또는 정렬시키는 노즐용자성체;
상기 노즐과 결합하고, 상기 노즐의 배출구와 상기 프린팅대상의 하부면 간 거리가 가변하도록 상기 노즐을 이동시키는 수직구동부; 및
상기 프린팅대상의 상부에 위치하여 상기 적층입자에 자기장을 제공하는 표면자기장발생부를 포함하고,
상기 노즐로부터 배출된 상기 적층입자가 상기 프린팅대상의 하부면으로부터 상기 노즐 방향으로 적층되며,
상기 표면자기장발생부는, 상기 프린팅대상의 상부면에 인접하게 형성되고 자기장을 생성하는 표면자기장발생기; 및 상기 표면자기장발생기로 전기를 공급하는 표면자기장전원을 구비하고,
상기 프린팅대상의 하부면과 상기 노즐의 배출구 간 거리가 증가하는 경우, 상기 표면자기장발생기의 상기 적층입자로 인가되는 자기장 세기가 감소하여 상기 적층입자의 배출 라인 폭이 상기 노즐의 배출구 직경에 비례하여 증가하고, 상기 프린팅대상의 하부면과 상기 노즐의 배출구 간 거리가 감소하는 경우, 상기 표면자기장발생기의 자기장 세기가 증가하여 상기 적층입자의 배출 라인 폭이 감소하는 것을 특징으로 하는 역방향 3D 프린팅 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 적층입자가 바인더 기능을 수행하는 유체와 혼합되어 혼합물이 생성되고, 상기 혼합물이 상기 노즐의 유로를 통과하는 것을 특징으로 하는 역방향 3D 프린팅 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 적층입자는, 금속 입자 또는 자성 입자인 것을 특징으로 하는 역방향 3D 프린팅 장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 표면자기장발생부 또는 상기 노즐용자성체의 자기장 세기 변화에 따라 상기 프린팅대상의 하부면으로 배출되는 상기 적층입자의 배출 라인 폭이 가변되는 것을 특징으로 하는 역방향 3D 프린팅 장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 노즐용자성체는, 상기 노즐의 외부 둘레를 따라 형성된 솔레노이드 코일인 것을 특징으로 하는 역방향 3D 프린팅 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 수직구동부는,
상기 노즐을 지지하는 수직지지체; 및
상기 수직지지체와 결합하고 상기 수직지지체를 상하 방향으로 이동시키는 수직구동기를 구비하는 것을 특징으로 하는 역방향 3D 프린팅 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 수직구동부와 결합하고 상하 방향으로 이동하는 상기 수직구동부를 전후 또는 좌우 방향으로 이동시키는 수평구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역방향 3D 프린팅 장치.
- 청구항 1 내지 청구항 3, 청구항 5 및, 청구항 7 내지 청구항 9 중 선택되는 어느 하나의 항에 의한 역방향 3D 프린팅 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템.
- 청구항 1의 역방향 3D 프린팅 장치를 이용한 역방향 3D 프린팅 방법에 있어서,
상기 노즐의 배출구가 상기 프린팅대상의 하부면을 향하도록 상기 노즐을 배치시키는 제1단계;
상기 적층입자에 작용하는 중력을 고려하여, 상기 노즐용자성체의 자기장 세기를 조절하는 제2단계;
상기 적층입자를 상기 프린팅대상의 하부면으로 배출시켜 상기 적층입자를 상기 프린팅대상의 하부면에 적층시켜 하나의 레이어를 형성시키는 제3단계; 및
상기 하나의 레이어 상에 상기 적층입자를 적층시키는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 역방향 3D 프린팅 방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 제2단계에서, 상기 표면자기장발생부의 자기장 세기를 조절하는 것을 특징으로 하는 역방향 3D 프린팅 방법.
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2021
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