KR20020084770A - 쾌속 조형기를 이용한 시제품 조형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쾌속 조형기를 이용하여 각각 다른 색상을 가지는 시제품을 제조하기 위한 쾌속 조형기를 이용한 시제품 조형 방법에 관한 것으로, 3차원 CAD를 이용하여 다수의 3차원 가상 쉘 모델을 얻는 단계와; 3차원 CAD를 이용하여 상기 단계에서 쉘 처리된 다수의 3차원 가상 쉘 모델을 통합하여 한 개의 3차원 가상 통합 모델을 얻는 단계와; 상기 3차원 가상 통합 모델을 데이터로 하여 상기 쾌속 조형기와 광경화성 조형 수지를 이용하여 어느 한 부분을 조형하여 어느 한 부분을 얻는 단계와; 상기 단계에서 얻은 어느 한 부분의 내부에 존재하는 액상의 수지를 제거하여 중공부를 형성하는 단계와; 상기 중공부에 원하는 색상이 첨가된 액상 수지인 액상 가색 수지를 투입하여 부분 중간품을 얻는 단계와; 상기 부분 중간품에 접하는 다른 부분을 상기 다른 색상을 가지는 다른 액상 가색 수지를 이용하여 다른 부분을 형성하고, 액상 가색 수지를 경화시켜서 시제품을 완성하는 단계로 이루어진다.

Description

쾌속 조형기를 이용한 시제품 조형 방법{Modeling Method of Trial Product Using Rapid Prototyping}

본 발명은 쾌속 조형기를 이용한 시제품 조형 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 쾌속 조형기를 이용하여 각각 다른 색상을 가지는 시제품을 제조하기 위한 쾌속 조형기를 이용한 시제품 조형 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반지나 장신구 등을 생산하기 위해서는 해당 제품의 시제품을 제작하여 디자인이나 상품성 등을 평가하는 과정이 필요하다.

이를 위하여, 종래에는 3차원 쾌속 조형기를 이용하여 3차원 구조를 가지는 시제품을 제조하였는데, 이와 같이 제조된 기존의 3차원 시제품은 광학적으로 불투명한 수지를 이용하여 이루어지기 때문에 단색 외의 다양한 색상을 가지는 시제품을 재현하기가 어려웠다.

또한, 상기와 같이 3차원 쾌속 조형기를 이용하여 제작된 시제품의 표면에 페인트를 도색함으로써 여러 종류의 색을 가지는 시제품을 생산할 수도 있으나, 보석이나 프레임의 재료 질감을 제대로 표현하기가 어려웠다.

즉, 보석 종류는 투명한 질감을 나타내고 프레임은 금속 광택을 나타내 주어야 하는데, 상기와 같이 제작된 시제품에 페인트를 도색해서 비슷한 질감을 표현하기가 어려운 문제점이 있었다.

그리고, 상기와 같이 시제품의 표면에 별도로 페인트를 도색해야 하기 때문에 페인트 도색의 숙련도에 따라서 시제품의 품질이 달라지는 문제점을 안고 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 쾌속 조형기를 이용하여 여러 종류의 색상을 가지는 시제품을 실제 제품의 질감과 유사하게 제조할 수 있는 쾌속 조형기를 이용한 시제품 조형 방법을 제공하는데 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 쾌속 조형기를 이용한 시제품 조형 방법을 설명하기 위한 공정도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10 : 프레임 부분20 : 보석 부분

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 3차원 데이터를 이용하여 3차원 입체 모델을 제조할 수 있는 SLA 형식의 쾌속 조형기를 이용한 시제품 조형 방법에 있어서, (a) 3차원 CAD를 이용하여 시제품과 동일한 형태로 이루어진 3차원 가상 모델을 얻는 단계와; (b) 3차원 CAD를 이용하여 상기 단계에서 설계된 3차원 가상 모델을 부분 색상 수에 맞게 다수의 부분으로 분리하여 다수의 3차원 가상 분할 모델을 얻는 단계와; (c) 3차원 CAD를 이용하여 상기 다수의 3차원 가상 분할 모델의 내부를 쉘 처리하여 다수의 3차원 가상 쉘 모델을 얻는 단계와; (d) 3차원 CAD를 이용하여 상기 단계에서 쉘 처리된 다수의 3차원 가상 쉘 모델을 통합하여 한 개의 3차원 가상 통합 모델을 얻는 단계와; (e) 상기 3차원 가상 통합 모델을 데이터로 하여 상기 쾌속 조형기와 광경화성 조형 수지를 이용하여 어느 한 부분을 조형하여 어느 한 부분을 얻는 단계와; (f) 상기 단계에서 얻은 어느 한 부분의 내부에 존재하는 액상의 조형 수지를 제거하여 중공부를 형성하는 단계와; (g) 상기 중공부에 원하는 색상이 첨가된 액상 수지인 액상 가색 수지를 투입하여 부분 중간품을 얻는 단계와; (h) 상기 부분 중간품에 접하는 다른 부분을 상기 다른 색상을 가지는 다른 액상 가색 수지를 이용하여 상기 (e)∼(g)단계를 반복적으로 수행하여 다수의 액상 가색 수지가 유입되어 있는 중간품을 얻는 단계와; (i) 상기 중간품 내의 액상 가색 수지를 경화시켜서 시제품을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 쾌속 조형기를 이용한 시제품 조형 방법을 제공한다. 그리고, 상기 가색 액상 수지는 광경화성 수지를 이용한다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 기존 방법으로 재현하기 어려웠던 다색 시제품을 간편하게 제조할 수 있으며, 보석의 투명한 질감을 유사하게 표현할 수 있으므로 실제품과 유사한 시제품을 제조할 수 있다.

(실시예)

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

첨부한 도면, 도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 쾌속 조형기를 이용한 시제품 조형 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

본 발명에 따른 쾌속 조형기를 이용한 시제품 조형 방법을 이용하여 귀금속 제품 등의 시제품을 제작하기 위해서는 3차원 쾌속 조형기를 이용해야 한다.

상기 3차원 쾌속 조형기(3D Rapid Prototyping)는 3차원 CAD 데이터, CT 및 MRI 스캔 데이터 등을 이용하여 다양한 재료로 일정 두께를 가지는 다수의 층을 적층하여(layer-by-layer), 빠른 시간 내에 3차원 입체 모델을 제조하는 장치이다.

이와 같은 3차원 쾌속 조형기는 시제품 제작 및 소량의 양산품을 제조하는데 이용되며, 동작 원리에 따라서 SLA(Stereo Lithographic Apparatus) 쾌속 조형기, SLS(Selective Laser Sintering) 쾌속 조형기, LOM(Laminated Object Manufacturing) 쾌속 조형기, FDM(Fused Deposition Modeling) 쾌속 조형기 등이 있다.

상기 SLA 쾌속 조형기는 광경화성 수지에 레이저 광선을 주사하여 주사되는 부분이 경화되는 원리를 이용하여 제품을 생산하는 조형기이며, 액체상의 광경화성 수지를 이용하여 제조한다.

상기 SLS 쾌속 조형기는 상기 SLA 쾌속 조형기에서 광경화성 수지를 이용하는 대신에 기능성 고분자 또는 금속 분말을 사용하며, 레이저 광선을 주사하여 소결시켜서 제품을 생산하며, 분말 또는 기능성 고분자 수지, 금속 분말을 이용하며, 소결되지 않은 부분(서포터)을 제거해야 한다.

상기 LOM 쾌속 조형기는 접착제가 칠해진 종이를 원하는 단면으로 레이저 광선을 이용하여 절단한 후에 한 층씩 적층하여 제품을 생산한다.

상기 FDM 쾌속 조형기는 필라멘트 선으로 가공된 열 가소성 수지(ABS, 폴리아미드 등)를 이동이 가능한 노즐 안에서 녹여서 필름 형태로 고화시키면서 적층시켜 제품을 생산한다.

상기와 같은 특징을 가지는 쾌속 조형기 중에서 본 발명은 SLA 쾌속 조형기를 이용하며, 귀금속 장신구 등의 시제품을 생산하기 위한 과정을 도 1a 및 도 1b를 이용하여 설명한다.

먼저, 제작하고자 하는 시제품에 대한 3차원 모델 데이터를 생성하기 위하여, 3D CAD를 이용하여 시제품과 동일한 크기와 형태를 가지는 입체 도형을 작성한다(A).

3D CAD 상에서 서로 다른 색으로 표현하고자 할 부분을 다수의 부분으로 분할한다(B). 본 발명의 실시예에서는 반지를 구성하는 보석 부분(20)과 프레임 부분(15)으로 분리하였다.

각각 분리된 부분의 내부를 쉘(shell) 처리하여 그 내부에 중공부를 형성한다(C). 쉘 처리된 각각의 부분들을 한 개로 통합 처리한다(D).

상기 A∼D 과정은 3D CAD를 이용한 3차원 모델에 대한 데이터 형성 과정이며, 상기와 같이 이루어진 3차원 데이터는 쾌속 조형기가 인식할 수 있는 파일 포맷(예를 들어, STL 파일)으로 변환되어 입력된다.

상기 (A)∼(D) 과정을 통하여 이루어진 3차원 데이터를 이용하여 쾌속 조형기로 시제품을 제작하기 위해서는 다음과 같은 과정을 거친다.

쾌속 조형기는 광경화성 조형 수지를 이용하여, 최하부에서부터 층층으로(layer-by-layer) 상기 (D) 과정에서 이루어진 모델의 쉘 구조와 같이 적층하여 형성한다. 이 때에 상기 (D) 과정에서 형성된 쉘 구조에 일치하는 외곽 부분의 조형 수지만 레이저에 의한 광경화 처리로 고체화되어 고상 조형 수지(a) 상태로 제 1외곽부(11)를 형성하고, 나머지 부분 즉, 상기 제 1외곽부(11)의 내부는 액체 상태의 액상 조형 수지(b; 12)로 남는다(E).

상기 과정(E)에서 잔류된 내부(12)의 액상 조형 수지(b)를 주사기 등을 이용하여 외부로 유출시켜서 제거하여 색소가 첨가된 액상의 수지인 액상 가색 수지(c)를 수용할 수 있는 공간인 제 1중공부(13)를 형성한다(F).

그리고, 상기 액상 가색 수지(c; 14)를 상기 과정(F)에서 형성된 제 2중공부(13)에 주사기 등을 이용하여 주입한다(G).

이어서, 상기 프레임 부분(15)에 이어서 형성되는 보석 부분(20)도 쾌속 조형기를 이용하여 상기 프레임 부분(10)과 마찬가지로, 보석 부분(20)의 외곽부를 형성하는 제 2외곽부(21)만 레이저에 의하여 광경화 처리되어 고체 상태로 되어 고상 조형 수지(a)로 변하고, 상기 제 2외곽부(21)의 내부(22)에는 액체 상태의 액상 조형 수지(b; 22)가 잔류한다(H).

그리고, 상기 (H) 과정에서의 액상 조형 수지(b; 22)를 주사기로 제거하여 다른 색소가 첨가된 액체 상태의 제 2액상 가색 수지(24)를 수용하는 공간인 제 2중공부(23)를 형성하고(I), 원하는 색상이 첨가된 광경화성 수지인 액상 가색 수지(c; 24)를 주입한다(J).

상기한 바와 같이 프레임 부분(10)과 보석 부분(20)의 제 1 및 제 2외곽부(11, 21)에 의하여 형성된 제 1 및 제 2중공부(13, 23)에 주입된 각각 다른 색상을 가지는 액체 상태의 제 1 및 제 2액상 가색 수지를 광경화 처리하여 각각 고상 가색 수지(d; 15, 25)로 변화시켜서 시제품을 완성한다(K).

상기와 같이 본 발명에서는 다른 색상을 가지는 2개의 부분으로 이루어지는 반지의 시제품을 예로 들어 설명하였지만, 경우에 따라서는 1종류 또는 3종류 이상의 색상을 가지는 시제품의 경우에도 마찬가지로 제작할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 다색 시제품을 간편하게 제조할 수 있으며, 보석의 투명한 질감을 유사하게 표현할 수 있으므로 실제품과 유사한 시제품을 제조할 수 있는 효과를 제공한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 3차원 데이터를 이용하여 3차원 입체 모델을 제조할 수 있는 SLA 형식의 쾌속 조형기를 이용한 시제품 조형 방법에 있어서,

   (a) 3차원 CAD를 이용하여 시제품과 동일한 형태로 이루어진 3차원 가상 모델을 얻는 단계와;

   (b) 3차원 CAD를 이용하여 상기 단계에서 설계된 3차원 가상 모델을 부분 색상 수에 맞게 다수의 부분으로 분리하여 다수의 3차원 가상 분할 모델을 얻는 단계와;

   (c) 3차원 CAD를 이용하여 상기 다수의 3차원 가상 분할 모델의 내부를 쉘 처리하여 다수의 3차원 가상 쉘 모델을 얻는 단계와;

   (d) 3차원 CAD를 이용하여 상기 단계에서 쉘 처리된 다수의 3차원 가상 쉘 모델을 통합하여 한 개의 3차원 가상 통합 모델을 얻는 단계와;

   (e) 상기 3차원 가상 통합 모델을 데이터로 하여 상기 쾌속 조형기와 광경화성 조형 수지를 이용하여 어느 한 부분을 조형하여 어느 한 부분을 얻는 단계와;

   (f) 상기 단계에서 얻어진 어느 한 부분의 내부에 존재하는 액상의 조형 수지를 제거하여 중공부를 형성하는 단계와;

   (g) 상기 중공부에 원하는 색상이 첨가된 액상 수지인 액상 가색 수지를 투입하여 부분 중간품을 얻는 단계와;

   (h) 상기 부분 중간품에 접하는 다른 부분을 상기 다른 색상을 가지는 다른액상 가색 수지를 이용하여 상기 (e)∼(g)단계를 반복적으로 수행하여 다수의 액상 가색 수지가 유입되어 있는 중간품을 얻는 단계와;

   (i) 상기 중간품 내의 액상 가색 수지를 경화시켜서 시제품을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 쾌속 조형기를 이용한 시제품 조형 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 액상 가색 수지는 광경화성 수지인 것을 특징으로 하는 쾌속 조형기를 이용한 시제품 조형 방법.