KR102595220B1 - 노즐 조립체와, 이를 포함하는 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법, 이를 이용하여 제조되는 전자 부품 케이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자화 방향이 일방향으로 배향된 자성을 가지는 3차원 조형물을 제작할 수 있는 노즐 조립체와, 이를 포함하는 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법, 이를 이용하여 제조되는 전자 부품 케이스에 관한 것으로서, 토출부 바디와, 상기 토출부 바디의 상단부에 형성되어, 재료 공급 장치로부터 공급되는 재료를 송급하는 재료 송급부와, 상기 토출부 바디에서 상기 재료 송급부의 단부와 연결되어, 상기 재료 송급부를 통해 송급되는 상기 재료를 용융시키는 재료 용융부와, 상기 토출부 바디에서 상기 재료 용융부의 단부와 연결되어, 상기 재료에 포함된 금속분말이 자화될 수 있도록, 용융된 상기 재료에 자기장을 인가하는 자기장 인가부 및 상기 토출부 바디의 하단부에 형성될 수 있도록 상기 토출부 바디에서 상기 자기장 인가부의 단부와 연결되어, 용융된 상기 재료를 토출하는 토출부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 노즐 조립체와, 이를 포함하는 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법, 이를 이용하여 제조되는 전자 부품 케이스에 관한 것으로서, 더 상세하게는 자화 방향이 일방향으로 배향된 자성을 가지는 3차원 조형물을 제작할 수 있는 노즐 조립체와, 이를 포함하는 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법, 이를 이용하여 제조되는 전자 부품 케이스에 관한 것이다.
사용자의 편의성을 증대하기 위해 사용되는 각종 전자 제어 부품 및 장치에서 방사되는 전자기파에 의해, 부품의 오작동 및 성능 저하가 발생하는 일이 빈번하게 발생되고 있다. 이에 따라, 전자기기의 고유 성능을 유지하고, 오작동에 의한 안전 사고 문제를 예방하기 위해, 전자기기에서 발생하는 전자기파 차폐의 필요성이 점점 대두되고 있는 실정이다.
일반적으로, 전자기파 차폐는, 자기 투자율이 높은 물질로 이루어지는 전자기파 차폐 소재로 이루어진 케이스를 이용하여, 자기장 발생원이나 자기장 방어원을 감싸줌으로써, 전자기파가 차폐 소재로 이루어진 케이스의 표면을 타고 다른 곳으로 흘러가도록 유도하는 방법을 사용하고 있다. 이때, 전자기기 내부에 포함된 영구자석이나 코일류에 의해 발생하는 직류 자기장을 차폐해야 할 경우, 전자 부품의 케이스에 투자율이 높은 연자성 소재를 적용하여 자속의 흐름을 다른 곳으로 유도하는 것이 가장 효과적일 수 있다.
종래의 차폐를 위한 전자 부품 케이스는, 주로 합성수지 재질의 사출품으로 제작되어, 케이스의 표면에 자성 시트나 필름을 붙여서 제조되고 있다. 이러한, 자성 시트의 경우, 고투자율의 리본을 플레이트 처리하여 투자율과 더불어 다수의 분말을 통과하며 감쇄가 발생하도록 하거나, 편상 분말을 포함하는 시트를 제작하는 방식으로 제작될 수 있다.
그러나, 최근 들어, 전자 부품의 크기가 점점 더 소형화되고 전자기파 차폐 성능에 대한 요구가 커짐에 따라, 케이스의 상부 뿐만 아니라 복잡한 형상의 케이스 측면 및 곡면에 대한 차폐가 요구되고 있으나, 이러한 종래의 차폐를 위한 전자 부품 케이스는, 합성수재 재질의 케이스에 자성 시트나 필름을 붙이는 방식으로서 이를 구현하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 3차원 프린팅 기술을 이용하여, 복잡한 형상의 차폐를 위한 전자 부품 케이스를 높은 형상 자유도로 제작할 수 있는, 노즐 조립체와, 이를 포함하는 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법, 이를 이용하여 제조되는 전자 부품 케이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노즐 조립체가 제공된다. 상기 노즐 조립체는, 토출부 바디; 상기 토출부 바디의 상단부에 형성되어, 재료 공급 장치로부터 공급되는 재료를 송급하는 재료 송급부; 상기 토출부 바디에서 상기 재료 송급부의 단부와 연결되어, 상기 재료 송급부를 통해 송급되는 상기 재료를 용융시키는 재료 용융부; 상기 토출부 바디에서 상기 재료 용융부의 단부와 연결되어, 상기 재료에 포함된 금속분말이 자화될 수 있도록, 용융된 상기 재료에 자기장을 인가하는 자기장 인가부; 및 상기 토출부 바디의 하단부에 형성될 수 있도록 상기 토출부 바디에서 상기 자기장 인가부의 단부와 연결되어, 용융된 상기 재료를 토출하는 토출부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 재료는, 합성수지 재질의 와이어(Wire) 형태로 형성되어, 연자성을 띄는 상기 금속분말을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 자기장 인가부는, 상기 토출부를 통해 토출되는 상기 재료의 토출 방향과 평행한 방향으로 상기 자기장을 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 자기장 인가부는, 상기 재료 용융부의 하단부에서 상기 재료의 상기 토출 방향으로 착자된 복수의 링 자석;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 자기장 인가부는, 상기 재료 용융부의 하단부에서 상기 재료의 상기 토출 방향으로 권선된 솔레노이드 코일;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 재료 용융부에 의해 용융된 상기 재료에 포함된 상기 금속분말은, 상기 자기장 인가부에서 상기 토출 방향으로 인가하는 상기 자기장에 의해, 용융된 상기 재료 내에서 상기 토출 방향을 향하는 방향으로 회전되어 자화 방향이 상기 토출 방향과 평행한 방향으로 배향될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 3차원 프린터가 제공된다. 상기 3차원 프린터는, 노즐 조립체; 상기 노즐 조립체로 상기 재료를 공급하는 상기 재료 공급 장치; 및 상기 노즐 조립체로부터 토출되는 용융된 상기 재료가 적층되는 조형 스테이지;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 재료 공급 장치는, 와이어 형태의 상기 재료를 권선된 상태로 보관하는 와이어 공급 릴; 및 상기 와이어 공급 릴에 권선된 와이어 형태의 상기 재료를 상기 노즐 조립체의 상기 재료 송급부 방향으로 송급시키는 송급 모터;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 3차원 프린팅 방법이 제공된다. 상기 3차원 프린팅 방법은, 토출부 바디의 상단부에 형성된 재료 송급부를 통해, 재료 공급 장치로부터 공급되는 재료를 송급하는 재료 송급 단계; 상기 토출부 바디에서 상기 재료 송급부의 단부와 연결된 재료 용융부를 통해, 상기 재료를 용융시키는 재료 용융 단계; 상기 토출부 바디에서 상기 재료 용융부의 단부와 연결된 자기장 인가부를 통해, 용융된 상기 재료에 자기장을 인가하는 자기장 인가 단계; 및 상기 토출부 바디의 하단부에 형성될 수 있도록 상기 토출부 바디에서 상기 자기장 인가부의 단부와 연결된 토출부를 통해, 용융된 상기 재료를 토출하는 재료 토출 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 재료 송급 단계에서 송급되는 상기 재료는, 합성수지 재질의 와이어(Wire) 형태로 형성되어, 연자성을 띄는 상기 금속분말을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 자기장 인가 단계에서, 상기 토출부를 통해 토출되는 상기 재료의 토출 방향과 평행한 방향으로 상기 자기장을 인가할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 자기장 인가 단계에서, 상기 재료 용융부에 의해 용융된 상기 재료에 포함된 상기 금속분말은, 상기 자기장 인가부에서 상기 토출 방향으로 인가하는 상기 자기장에 의해, 용융된 상기 재료 내에서 상기 토출 방향을 향하는 방향으로 회전되어 자화 방향이 상기 토출 방향과 평행한 방향으로 배향될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 재료 토출 단계에서, 상기 토출부를 통해 조형 스테이지로 토출된 상기 재료가 자연 냉각에 의해 경화되는 과정에서 상기 재료의 내부에 포함된 상기 금속분말이 고정되어, 상기 토출 방향과 평행한 방향으로 배향된 상기 금속분말의 상기 자화 방향이 고정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전자 부품 케이스가 제공된다. 상기 전자 부품 케이스는, 일방향으로 자화 방향이 배향된 3차원 조형물;을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 합성수지 재질에 자성 특성을 인가하기 위해 연자성의 띄는 금속분말을 포함하는 합성수지 와이어를 제작하여, 자기장을 인가하는 압출 적층 공정(Fusion Deposition Modeling, FDM) 방식의 3차원 프린팅 기술을 적용함으로써, 노즐 조립체를 통과하는 과정에서 용융된 와이어에 포함된 금속분말을 자력에 의해 회전시켜 자화 방향을 수직 방향으로 일정하게 배향시킬 수 있다. 이와 같은, 합성수지 재질의 와이어에 포함된 금속분말의 회전을 통해 자기 이방성을 강화시킴으로써, 방향성 투자율을 가지고 있는 복잡한 형상의 3차원 적층물을 용이하게 제작할 수 있다.
이에 따라, 소형화되고, 복잡한 형상의 측면 및 곡면 형상을 가지는 차폐용 전자 부품 케이스를 높은 차폐 성능을 가지도록 제조함으로써, 소형화된 전자기기에서 발생하는 전자기파를 효과적으로 차폐하여, 전자기기의 성능 저하를 방지하여 고유 성능을 유지하고, 오작동을 방지하여 안전 사고 문제를 예방하는 효과를 가질 수 있는 노즐 조립체와, 이를 포함하는 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법, 이를 이용하여 제조되는 전자 부품 케이스를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 3차원 프린터의 "A"부분인 노즐 조립체의 정면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 노즐 조립체의 하면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2의 노즐 조립체에서 사용되는 와이어의 실제 모습을 확대한 이미지이다.
도 5는 도 2의 노즐 조립체를 이용하여 적층된 3차원 조형물의 자화 방향을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법을 순서대로 나타내는 순서도이다.
도 7 내지 도 9는 도 6의 3차원 프린팅 방법으로 적층되어 자화 방향이 정렬된 3차원 조형물의 자성 특성을 실험한 실험 과정 및 결과를 나타내는 이미지들이다.
도 2는 도 1의 3차원 프린터의 "A"부분인 노즐 조립체의 정면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 노즐 조립체의 하면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2의 노즐 조립체에서 사용되는 와이어의 실제 모습을 확대한 이미지이다.
도 5는 도 2의 노즐 조립체를 이용하여 적층된 3차원 조형물의 자화 방향을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법을 순서대로 나타내는 순서도이다.
도 7 내지 도 9는 도 6의 3차원 프린팅 방법으로 적층되어 자화 방향이 정렬된 3차원 조형물의 자성 특성을 실험한 실험 과정 및 결과를 나타내는 이미지들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터(1000)를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 3차원 프린터(1000)의 "A"부분인 노즐 조립체(100)의 정면을 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 3은 도 2의 노즐 조립체(100)의 하면을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 4는 도 2의 노즐 조립체(100)에서 사용되는 재료(1)의 실제 모습을 확대한 이미지이고, 도 5는 도 2의 노즐 조립체(100)를 이용하여 적층된 3차원 조형물(2)의 자화 방향을 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터(1000)는, 크게, 노즐 조립체(100)와, 재료 공급 장치(200)와, 조형 스테이지(300) 및 조형 챔버(400)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 재료 공급 장치(200)는, 후술될 노즐 조립체(100)로 재료(1)를 공급할 수 있다. 더욱 구체적으로, 재료 공급 장치(200)는, 와이어 형태의 재료(1)를 권선된 상태로 보관하는 와이어 공급 릴(210) 및 와이어 공급 릴(210)에 권선된 와이어 형태의 재료(1)를 노즐 조립체(100)의 재료 송급부(120) 방향으로 송급시키는 송급 모터(220)를 포함할 수 있다.
여기서, 재료 공급 장치(200)에 의해 공급되는 재료(1)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 합성수지 재질의 와이어(Wire) 형태로 형성되고, 연자성의 띄는 철 분말(Fe powder)과 같은 금속분말(M)을 포함하여 구성될 수 있다. 재료(1)를 구성하는 상기 합성수지 재질은, 주로 PLA(폴리락틱산, Poly Lactic Acid) 플라스틱 또는 ABS(Acrylonitrile Buiadiene Styrene) 플라스틱이 사용될 수 있으며, 상기 합성수지 재질에 포함되는 금속분말(M)은, 순철이나, 규소강이나, Fe-Ni계, Fe-Al계 등 연자성을 가지는 모든 금속재료가 사용될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 조형 스테이지(300)는, 조형 공간이 형성되는 조형 챔버(400) 내에 수용되고, 노즐 조립체(100)로부터 토출되는 용융된 재료(1)가 적층될 수 있도록, 평평한 플레이트 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 노즐 조립체(100)는, 조형 챔버(400) 내부의 상기 조형 공간에서 조형 스테이지(300)의 상방에 설치되어, X축, Y축 및 Z축, 즉, 조형 스테이지(300)를 기준으로 3축으로 이동가능하게 설치되어, 용융된 재료(1)를 조형 스테이지(300) 상에 적층 함으로써, 압출 적층 공정(Fusion Deposition Modeling, FDM) 방식으로 3차원 조형물(2)을 조형 스테이지(300) 상에 조형할 수 있다.
이러한, 노즐 조립체(100)에 대해 더욱 구체적으로 설명하면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 노즐 조립체(100)는, 토출부 바디(110)와, 토출부 바디(110)의 상단부에 형성되어, 재료 공급 장치(200)로부터 공급되는 재료(1)를 송급하는 재료 송급부(120)와, 토출부 바디(110)에서 재료 송급부(120)의 단부와 연결되어, 재료 송급부(120)를 통해 송급되는 재료(1)를 용융시키는 재료 용융부(130)와, 토출부 바디(110)에서 재료 용융부(130)의 단부와 연결되어, 재료(1)에 포함된 금속분말(M)이 자화될 수 있도록, 용융된 재료(1)에 자기장을 인가하는 자기장 인가부(140) 및 토출부 바디(110)의 하단부에 형성될 수 있도록 토출부 바디(110)에서 자기장 인가부(140)의 단부와 연결되어, 용융된 재료(1)를 토출하는 토출부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
토출부 바디(110)는, 재료 송급부(120)와, 재료 용융부(130)와, 자기장 인가부(140) 및 토출부(150)가 상단부로부터 하단부까지 순서대로 적층되어 구성될 수 있도록 지지하는 구조체의 일종으로써, 적절한 강도와 내구성을 갖는 전체적으로 원통 형상으로 형성되는 구조체일 수 있다. 예컨대, 이러한 토출부 바디(110)는, 스틸, 스테인레스, 알루미늄, 마그네슘 및 아연 중 어느 하나 이상의 재질을 선택하여 구성되는 구조체일 수 있다.
이러한, 토출부 바디(110)의 최상단부에 형성된 재료 송급부(120)는, 재료 공급 장치(200)로부터 공급되는 재료(1)를 재료 용융부(130) 방향으로 송급하는 역할을 할 수 있다.
또한, 토출부 바디(110)에서 재료 송급부(120)의 하측에 형성되는 재료 용융부(130)는, 재료 송급부(120)를 통해 송급되는 와이어를 가열하여, 재료(1)를 반액체 상태로 용융시킴으로써, 상기 합성수지 재질의 재료(1)에 포함된 금속분말(M)이 재료(1) 내에서 유동 가능하도록 유도할 수 있다.
또한, 토출부 바디(110)에서 재료 용융부(130)의 하측에 형성되는 자기장 인가부(140)는, 토출부(150)를 통해 토출되는 재료(1)의 토출 방향과 평행한 방향, 즉, 상하방향으로, 용융된 재료(1)에 상기 자기장을 인가할 수 있다.
이러한, 자기장 인가부(140)는, 상하방향으로 상기 자기장을 인가할 수 있도록, 재료 용융부(130)의 하단부에서 재료(1)의 상기 토출 방향(상하 방향)으로 착자된 복수의 링 자석으로 형성되거나, 재료 용융부(130)의 하단부에서 재료(1)의 상기 토출 방향(상하 방향)으로 권선된 솔레노이드 코일로 형성될 수 있다.
이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 재료 용융부(130)에 의해 용융된 재료(1)에 포함된 금속분말(M)은, 자기장 인가부(140)를 통과하는 과정에서, 자기장 인가부(140)에서 상기 토출 방향으로 인가하는 상기 자기장에 의해, 용융된 재료(1) 내에서 상기 토출 방향을 향하는 방향으로 회전되어 자화 방향이 상기 토출 방향과 평행한 방향으로 배향될 수 있다.
이와 같이, 상기 자화 방향이 상기 토출 방향과 평행한 방향으로 배향된 금속분말(M)을 포함하는 용융된 재료(1)는, 토출부 바디(110)에서 자기장 인가부(140)의 하측에 형성되어 토출부 바디(110)의 최하단부에 위치한 토출부(150)를 통해서, 조형 스테이지(300) 상으로 토출될 수 있다.
토출부(150)를 통해 조형 스테이지(300) 상으로 토출된 재료(1)는, 조형 스테이지(300)에 적층되는 순간 상온에서 자연 냉각에 의해 경화될 수 있으며, 용융됐던 재료(1)가 경화되는 과정에서 재료(1)의 내부에 포함된 금속분말(M) 또한 고정되어, 상기 토출 방향과 평행한 상하방향으로 배향된 금속분말(M)의 상기 자화 방향이 고정될 수 있다.
이에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 조형 스테이지(300) 상에 재료(1)가 적층되어 조형된 3차원 조형물(2)은, 상하방향으로 자화 방향이 배향된, 자성을 가지는 일종의 케이스와 같은 구조체로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 조립체(100) 및 이를 포함하는 3차원 프린터(1000)에 따르면, 합성수지 재질에 자성 특성을 인가하기 위해, 연자성의 띄는 금속분말(M)을 포함하는 합성수지 재질 기반의 재료(1)를 제작하여, 자기장을 인가하는 압출 적층 공정(Fusion Deposition Modeling, FDM) 방식의 3차원 프린팅 기술을 적용함으로써, 노즐 조립체(100)를 통과하는 과정에서 용융된 재료(1)에 포함된 금속분말(M)을 자력에 의해 회전시켜 자화 방향을 수직 방향으로 일정하게 배향시킬 수 있다.
그러므로, 3차원 조형물(2)의 적층 조형 과정에서, 합성수지 재질의 재료(1)에 포함된 금속분말(M)의 회전을 통해 자기 이방성을 강화시킴으로써, 방향성 투자율을 가지고 있는 복잡한 형상의 3차원 조형물(2)을 용이하게 제작할 수 있다. 이에 따라, 소형화되고, 복잡한 형상의 측면 및 곡면 형상을 가지는 차폐용 전자 부품 케이스를 높은 차폐 성능을 가지도록 제조함으로써, 소형화된 전자기기에서 발생하는 전자기파를 효과적으로 차폐하여, 전자기기의 성능 저하를 방지하여 고유 성능을 유지하고, 오작동을 방지하여 안전 사고 문제를 예방하는 효과를 가질 수 있다.
이하에서는, 상술한, 노즐 조립체(100) 및 이를 포함하는 3차원 프린터(1000)를 이용하여, 상하방향으로 자화 방향이 배향된, 자성을 가지는 3차원 조형물(2)을 조형할 수 있는 3차원 프린팅 방법에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법을 순서대로 나타내는 순서도이고, 도 7 내지 도 9는 도 6의 3차원 프린팅 방법으로 적층되어 자화 방향이 정렬된 3차원 조형물의 자성 특성을 실험한 실험 과정 및 결과를 나타내는 이미지들이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법은, 재료 송급 단계(S100)와, 재료 용융 단계(S200)와, 자기장 인가 단계(S300) 및 재료 토출 단계(S400) 순으로 진행될 수 있다.
예컨대, 재료 송급 단계(S100)에서, 토출부 바디(110)의 상단부에 형성된 재료 송급부(120)를 통해, 재료 공급 장치(200)로부터 공급되는 재료(1)를 송급할 수 있다. 이때, 재료 송급 단계(S100)에서 송급되는 재료(1)는, 합성수지 재질의 와이어(Wire) 형태로 형성되어, 연자성을 띄는 금속분말(M)을 포함할 수 있다.
이어서, 재료 용융 단계(S200)를 통해, 토출부 바디(110)에서 재료 송급부(120)의 단부와 연결된 재료 용융부(130)를 통해, 재료(1)를 용융시킨 후, 자기장 인가 단계(S300)를 통해, 토출부 바디(110)에서 재료 용융부(130)의 단부와 연결된 자기장 인가부(140)를 통해, 용융된 재료(1)에 자기장을 인가할 수 있다.
더욱 구체적으로, 자기장 인가 단계(S300)에서, 토출부(150)를 통해 토출되는 재료(1)의 상기 토출 방향과 평행한 방향으로 상기 자기장을 인가할 수 있다. 이러한 과정에서, 재료 용융부(130)에 의해 용융된 재료(1)에 포함된 금속분말(M)은, 자기장 인가부(140)를 통과하는 과정에서, 자기장 인가부(140)에서 상기 토출 방향으로 인가하는 상기 자기장에 의해, 용융된 재료(1) 내에서 상기 토출 방향을 향하는 방향으로 회전되어 자화 방향이 상기 토출 방향과 평행한 방향으로 배향될 수 있다.
이어서, 재료 토출 단계(S400)에서, 토출부 바디(110)의 하단부에 형성될 수 있도록 토출부 바디(110)에서 자기장 인가부(140)의 단부와 연결된 토출부(150)를 통해, 용융된 재료(1)를 토출할 수 있다.
이러한, 재료 토출 단계(S400) 과정에서, 토출부(150)를 통해 조형 스테이지(300) 상으로 토출된 재료(1)는, 조형 스테이지(300)에 적층되는 순간 상온에서 자연 냉각에 의해 경화될 수 있으며, 용융됐던 재료(1)가 경화되는 과정에서 재료(1)의 내부에 포함된 금속분말(M) 또한 고정되어, 상기 토출 방향과 평행한 상하방향으로 배향된 금속분말(M)의 상기 자화 방향이 고정될 수 있다.
이에 따라, 조형 스테이지(300) 상에 재료(1)가 적층되어 조형된 3차원 조형물(2)은, 상하방향으로 자화 방향이 배향된, 자성을 가지는 일종의 케이스와 같은 구조체로 형성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상술한 3차원 프린팅 방법으로 조형된, 상하방향으로 자화 방향이 배향된 자성을 가지는 3차원 조형물(2)과, 자화 방향이 배향되지 않은 3차원 조형물의 BH meter 측정 및 자화 비교를 실험해본 결과, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상하방향으로 자화 방향이 배향된 자성을 가지는 본 발명의 3차원 조형물(2)이 자화 방향이 배향되지 않은 3차원 조형물에 비해, 자기력선속밀도(Magnetic flux density), 투과성(Permeability), 포화 자화(Saturation Magnetization) 등의 자성 특성이 모두 개선된 것으로 확인이 되었다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법에 따르면, 합성수지 재질에 자성 특성을 인가하기 위해, 연자성의 띄는 금속분말(M)을 포함하는 합성수지 재질 기반의 재료(1)를 제작하여, 자기장을 인가하는 압출 적층 공정(Fusion Deposition Modeling, FDM) 방식의 3차원 프린팅 기술을 적용함으로써, 노즐 조립체(100)를 통과하는 과정에서 용융된 재료(1)에 포함된 금속분말(M)을 자력에 의해 회전시켜 자화 방향을 수직 방향으로 일정하게 배향시킬 수 있다.
그러므로, 3차원 조형물(2)의 적층 조형 과정에서, 합성수지 재질의 재료(1)에 포함된 금속분말(M)의 회전을 통해 자기 이방성을 강화시킴으로써, 방향성 투자율을 가지고 있는 복잡한 형상의 3차원 조형물(2)을 용이하게 제작할 수 있다. 이에 따라, 소형화되고, 복잡한 형상의 측면 및 곡면 형상을 가지는 차폐용 전자 부품 케이스를 높은 차폐 성능을 가지도록 제조함으로써, 소형화된 전자기기에서 발생하는 전자기파를 효과적으로 차폐하여, 전자기기의 성능 저하를 방지하여 고유 성능을 유지하고, 오작동을 방지하여 안전 사고 문제를 예방하는 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 재료
2: 3차원 조형물
100: 노즐 조립체
110: 토출부 바디
120: 재료 송급부
130: 재료 용융부
140: 자기장 인가부
150: 토출부
200: 재료 공급 장치
210: 와이어 공급 릴
220: 송급 모터
300: 조형 스테이지
400: 조형 챔버
M: 금속 분말
1000: 3차원 프린터
2: 3차원 조형물
100: 노즐 조립체
110: 토출부 바디
120: 재료 송급부
130: 재료 용융부
140: 자기장 인가부
150: 토출부
200: 재료 공급 장치
210: 와이어 공급 릴
220: 송급 모터
300: 조형 스테이지
400: 조형 챔버
M: 금속 분말
1000: 3차원 프린터
Claims (14)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 일방향으로 방향성 투자율을 형성하여, 차폐 성능을 가지는 차폐용 전자 부품 케이스를 압출 적층 공정(Fusion Deposition Modeling, FDM) 방식으로 제조하기 위한 3차원 프린팅 방법으로서,
토출부 바디의 상단부에 형성된 재료 송급부를 통해, 재료 공급 장치로부터 공급되는 재료를 송급하는 재료 송급 단계;
상기 토출부 바디에서 상기 재료 송급부의 단부와 연결된 재료 용융부를 통해, 상기 재료를 용융시키는 재료 용융 단계;
상기 재료에 포함된 금속분말이 자화될 수 있도록, 상기 토출부 바디에서 상기 재료 용융부의 단부와 연결된 자기장 인가부를 통해, 용융된 상기 재료에 자기장을 인가하는 자기장 인가 단계; 및
상기 토출부 바디의 하단부에 형성될 수 있도록 상기 토출부 바디에서 상기 자기장 인가부의 단부와 연결된 토출부를 통해, 용융된 상기 재료를 토출하는 재료 토출 단계;를 포함하고,
상기 재료 송급 단계에서 송급되는 상기 재료는,
합성수지 재질의 와이어(Wire) 형태로 형성되어, 연자성을 띄는 상기 금속분말을 포함하고,
상기 자기장 인가 단계에서, 상기 자기장 인가부는,
상기 토출부를 통해 토출되는 상기 재료의 토출 방향과 평행한 상하 방향으로 상기 자기장을 인가할 수 있도록, 상기 재료 용융부의 하단부에서 상기 재료의 상기 토출 방향으로 착자된 복수의 링 자석 또는 상기 재료 용융부의 하단부에서 상기 재료의 상기 토출 방향으로 권선된 솔레노이드 코일을 포함하여,
상기 재료 용융부에 의해 용융된 상기 재료에 포함된 연자성을 띄는 상기 금속분말은,
상기 자기장 인가부에서 상기 토출 방향으로 인가하는 상기 자기장에 의해, 용융된 상기 재료 내에서 상기 토출 방향을 향하는 방향으로 회전되어 자화 방향이 상기 토출 방향과 평행한 일방향으로 배향되어, 일방향으로 형성되는 방향성 투자율에 의해 차폐 성능을 형성하는, 3차원 프린팅 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 9 항에 있어서,
상기 재료 토출 단계에서,
상기 토출부를 통해 조형 스테이지로 토출된 상기 재료가 자연 냉각에 의해 경화되는 과정에서 상기 재료의 내부에 포함된 상기 금속분말이 고정되어, 상기 토출 방향과 평행한 방향으로 배향된 상기 금속분말의 상기 자화 방향이 고정되는, 3차원 프린팅 방법. - 제 9 항 및 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 3차원 프린팅 방법으로 제조되어, 일방향으로 자화 방향이 배향된 3차원 조형물;
을 포함하는, 전자 부품 케이스.
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|---|---|---|---|
| KR1020210168463A KR102595220B1 (ko) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | 노즐 조립체와, 이를 포함하는 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법, 이를 이용하여 제조되는 전자 부품 케이스 |
| PCT/KR2022/019041 WO2023101357A1 (ko) | 2021-11-30 | 2022-11-29 | 노즐 조립체와, 이를 포함하는 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법, 이를 이용하여 제조되는 전자 부품 케이스 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020210168463A KR102595220B1 (ko) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | 노즐 조립체와, 이를 포함하는 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법, 이를 이용하여 제조되는 전자 부품 케이스 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018081527A1 (en) * | 2016-10-27 | 2018-05-03 | Ut-Battelle, Llc | Bonded permanent magnets produced by big area additive manufacturing |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |