KR20040036421A - 광조형물의 표면처리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충분한 표면 정도를 가지도록 처리되는 광조형물의 표면처리 방법과 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 적층으로 인한 계단 형상을 가지는 광조형물의 표면에, 왁스 코팅층을 일정 두께로 코팅하는 과정과; 상기 광조형물보다 연삭 경도가 낮고 코팅된 왁스 보다 연삭 경도가 높은 연삭재를 이용하여 원래의 광조형물의 표면까지 왁스 코팅층을 연삭하는 과정으로 이루어지는 표면처리방법 및 이러한 과정을 수행하여 광조형물의 표면 정도를 높이기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광조형물의 표면처리 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

광조형물의 표면처리 방법 및 장치{Method and device for improving the surface roughness of stereolithography parts}

본 발명은 광조형물(Stereolithography part)의 표면 정도 향상을 위한 표면처리 방법과 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정한 층계를 가지는 광조형물의 표면을 코팅한 후 연삭함으로써, 표면 정도를 향상시킬 수 있는 과정이 수행되고, 이러한 과정이 수행될 수 있도록 구성되는 광조형물의 표면처리 방법과 장치에 관한 것이다.

광조형물(Stereolithography part)은, 주로 캐드(CAD;Computer Aided Design) 모델의 단면 데이터로부터 얇은 두께의 재료를 적층하는 것에 의하여, 일정한 모형을 제조하게 된다. 이러한 광조형물은, 얇은 두께의 재료를 적층하여 성형되는 것이기 때문에, 완성된 상태에서 그 표면에는 일정한 계단이 만들어지게 되고, 이렇게 계단을 가지고 있는 표면이 도 1에 도시되어 있다.

이와 같은 광조형물의 표면에는 상술한 바와 같은 계단이 발생하게 되기 때문에, 실질적으로 그 표면 상태가 거칠게 되는 것은 당연하다. 따라서 광조형물이 금형 제작을 위한 마스터(Master) 모델로서 사용될 때, 상술한 바와 같은 표면 거칠기에 의하여 실용적인 가치가 저하되고, 별도의 부가적인 사상 작업 등이 필요하게 된다.

상기와 같은 계단 형상을 줄이기 위하여 여러가지 연구가 최근에 시도되고 있다. 한번 경화된 층을 다시 올려서 계단 형상부위만 재조사하여 조형하는 방법이 제안되고 있으나, 제작시간이 두 배 정도 소요되고 계단 부위 표면장력으로 인하여 거칠기 저감엔 한계가 있다. 또한 레이저 조사를 층의 윤곽에 따라 경사지게 함으로써 계단 부위를 줄이려는 방법이 제시되었으나 이 또한 레이저 빔과 수지의 물리적 특성으로, 한정된 조사 각도 범위에서만 미미하게 거칠기 개선이 가능할 뿐이다. 또한 광조형물이 제작되고 난 후 후처리 단계에서 표면 거칠기를 줄이는 방법인 기존의 일반 사상 작업이나 배럴연마(Barrel tumbling) 및 진동 다듬질(vibration finishing) 등의 방법이 제안되어 적용되기도 하나, 이러한 방법들을 실제로 적용하는 경우, 원하는 표면 정도를 얻기 위해서는 많은 시간과 비용이 소요되며, 무엇보다도 광조형물 본래의 파트 형상을 변형시키는 단점이 수반된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광조형물의 원래의 형상을 훼손시키지 아니하고, 광조형물 표면 정도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 시간과 비용이 매우 절감되는 표면처리 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1은 일반적인 광조형물 표면의 일부 확대도.

도 2는 본 발명에 의한 광조형물 표면 처리방법의 순서를 보인 공정도.

도 3은 본 발명에 의한 광조형물 표면정도 향상을 위한 장치의 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 코팅된 광조형물 연삭을 위한 연삭구 구조 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 ..... 광조형물 2 ..... 왁스 코팅제

3 ..... 연삭구 31..... 연삭구 볼부

32..... 접착제 33..... 우드 입자

4 ..... 제어부 5 ..... 연삭장치

50..... 용기 51..... 유동액체

52..... 액체 유동팬 53..... 히타

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 광조형물의 표면처리방법은, 계단형을 가지는 광조형물의 표면에, 왁스 코팅층을 일정 두께로 코팅하는 과정, 그리고 상기 광조형물보다 연삭 강도가 낮고, 왁스보다는 연삭 강도가 높은 연삭재를 표면에 부착한 연삭구를 이용하여, 원래의 광조형물의 표면까지 왁스 코팅층을 연삭하는 과정을 수행하여 완성된다.

그리고 본 발명에 의한 장치는, 광조형물이 고정되고 유동액체 및 연삭구를 수용할 수 있는 용기와, 용기내의 액체를 가열하기 위한 히터와, 가열된 액체를 유동시키기 위한 회전팬, 그리고 용기내의 액체의 온도를 적당하게 조절하고 액체의유동을 제어하기 위해 회전팬의 속도를 제어하는 제어부로 구성됨을 특징으로 하는 광조형물의 표면처리 방법 및 장치에 관한 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의한 표면처리방법과 장치에 의하여, 광조형물에서 전형적으로 발생하는 계단형상을 메워서 제거하여 높은 정도를 가지는 표면으로 변화시킬 수 있게 된다. 따라서 본 발명의 광조형물을 금형제작을 위한 마스터 모델로 충분히 활용할 수 있게 되는 실용성을 기대할 수 있게 된다.

다음에는 도면에 도시한 본 발명의 실시예에 기초하면서 본 발명에 대하여 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

도 2는 광조형물의 표면처리 과정을 도시하고 있다. 도 2의 (a)에는, 레이저의 조사에 의하여 경화되는 수지물로 만들어지는 광조형물의 표면이 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 광조형물(1)의 표면(11)은 일정한 계단형상이 만들어지고 있는데, 이러한 계단형상의 표면은 광조형물(1)에서 전형적으로 나타날 수 밖에 없는 것이다.

본 발명에 의하면, 상기와 같은 계단형상의 광조형물의 표면(11)에 왁스 코팅층(2)을 형성하게 된다. 코팅층은, 본 발명에서는 상기 광조형물의 표면에 파라핀계 왁스를 코팅하는 것으로 형성하는데, 파라핀 왁스를 사용하는 장점은 휘발성이 없으며, 쉽게 연소하고, 방수 방습의 성질이 있으며, 또한 상온에서 경화 시간이 짧고, 광조형물에 접착성이 좋으며 가격이 저렴하다.

이러한 왁스 코팅은 여러가지 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 파라핀계 왁스를 기화되기 전의 온도인 약 70 내지 90℃로 가열하는 것에 의하여, 액상으로 만든다. 그리고 이러한 액상의 왁스를 일정한 용기에 담은 상태에서, 상기 광조형물(1)을 디핑(dipping) 시킨다.

광조형물(1)을 액상 파라핀에 디핑한 상태에서 일정한 시간(예를 들면 2 ~ 3분)을 유지하게 되면, 액상 왁스를 광조형물 표면(11)의 계단형상의 내부로 완전히 침투하게 되는 것은 당연하다. 그리고 이러한 상태에서, 상기 광조형물을 꺼내어서, 상온에서 일정시간(예를 들면 2분) 서냉시키게 되면, 광조형물의 계단형 표면을 왁스가 완전히 감쌀 수 있게 된다. 이러한 과정이 완료된 상태의 광조형물의 단면이 도 2의 (b)에 도시되어 있다. 그리고, 일반적으로 왁스 코팅층을 형성하기 위한 디핑은 복수회 실시되는 것에 의하여 광조형물의 표면에 왁스 코팅층(2)을 형성하게 된다. 이와 같이 하여 왁스 코팅층(2)이 완성되면, 1.0~2.0mm의 두께를 가지는 견고한 왁스 코팅층(2)을 가진 광조형물(1)이 완성될 것이다.

이렇게 광조형물을 액상의 왁스에 일정 시간 디핑시키는 것은, 예를 들면 상기와 같이 한번의 디핑공정으로 충분할 수도 있지만, 코팅이 만족스럽지 못하면 기존 코팅을 가열함으로써 간단히 제거하고 다시 새로운 코팅을 쉽게 실시하는 것도 가능함은 물론이다.

그리고 이상과 같이 하여, 광조형물(1)의 표면(11)이 왁스 코팅층(2)으로 코팅되면, 실질적으로는, 본래 요구되는 광조형물의 형상과는 많이 상이하기 때문에, 외측의 왁스 코팅층을 연삭하기 위한 연삭공정이 수반된다. 이러한 연삭공정은, 계단형의 표면(11)을 가지는 광조형물(1)에서, 본래 파트 형상을 기준으로 외측의 왁스(2)를 완전히 연삭하여 제거하는 것에 의하여, 실질적으로 광조형물의 표면 중에서 계단의 내측(12)에만 코팅된 왁스를 남기도록 함으로써, 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이 높은 표면 정밀도를 얻을 수 있도록 수행되는 공정이다.

도 3은 본 발명의 연삭 장치의 단면도를 도시하고 있고, 도 4는 본 발명에 의한 연삭구의 단면도를 도시하고 있다.

상기의 연삭 공정을 수행하기 위한 장치(5)는 내부에 광조형물(1)이 고정되고, 유동액체(51) 및 연삭구(3)를 수용할 수 있는 용기(50)와; 용기(50)내의 액체(51)를 가열하기 위한 히터(53)와; 가열된 액체를 유동시키기 위한 회전팬(52), 그리고 용기내의 액체(51)의 온도를 적당하게 조절하고, 액체의 유동을 제어하기 위해 회전팬의 속도를 제어하는 제어부(4)로 구성된다.

상기의 장치 및 동작에 대해서 상세히 설명하면, 연삭장치(5)의 용기(50)내에 코팅된 광조형물(1)을 적당한 위치에 고정한 후 연삭구(3)들을 용기내에 투입하고, 유동 액체(51)를 채운다. 그런 다음, 균일한 가공을 위하여 용기의 저부에 위치되는 히터(53)로 왁스의 용융점 보다 조금 낮게 액체(51)를 가열시키고, 회전팬(52)에 의해 액체의 유동에 의해 연삭구(3)의 유동을 야기 시켜, 왁스의 용융점과 광조형물의 용융점 사이의 온도로 가열된 연삭구(3)들을 광조형물 표면에 형성된 왁스 코팅층(2)에 충돌시킴으로써 가공이 수행된다. 즉 물리적 충돌과 열에 의한 용융으로 왁스 표면이 가공된다. 원활한 가공과 양호한 가공면을 얻기 위하여, 유동의 온도 조절 및 제어가 요구되고 제어부(4)에 의해 제어된다. 연삭구(3)가 왁스 입자와의 결합으로 눈메움(loading)이 발생하여 연삭 능력이 줄어들면, 드레싱(dressing)작업은 광조형물(1)을 들어낸 후 왁스 용융점 이상의 온도를 가지는물을 용기에 넣으면 왁스가 연삭구로부터 쉽게 분리된다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같은 연삭구(3)의 구조는, 강재의 볼(31) 표면에 우드로 만들어지는 연삭입자(33)를 용제 증발형 접착제(32)를 이용하여 표면에 얇게 접착함으로써 구성되며, 연삭장치(5) 내에서 상기 광조형물의 표면(2)을 연삭하게 된다. 이러한 연삭을 수행함으로써, 광조형물의 표면에 코팅된 왁스 코팅층(2)은 연삭되고, 광조형물 자체는 연삭되지 않게 되어, 실질적으로 도 2의 (c)에 도시한 바와 같은 상태의 광조형물 표면을 얻을 수 있게 된다.

상기의 연삭 공정은, 일정한 경도를 가지는 연삭구(3)에 의하여 실질적으로 수행되는데, 적어도 상기 왁스를 연삭할 수 있는 경도를 가져야 하는 것은 당연하고, 상기 광조형물의 계단형 표면(11)을 연삭하지 않는 범위의 연삭 경도를 가지는 것에 의하여 수행되어야 한다. 그리고, 이러한 연삭범위를 가지는 것으로, 경질의 우드(wood)가 바람직하다는 것을 여러번의 실험 결과로 알 수 있게 되었다.

또한, 연삭구(3)는 광조형물 표면(11)의 계단 형상 틈새보다 충분히 큰 직경 (예를 들어 3~5mm 정도)인 강재의 볼(31)에 미세의 우드(33) 입자를 결합시켜 만든다. 이것은 연삭구(3)가 광조형물(1)의 표면 계단형상 내부(12)로 파고들지 않으면서 코팅된 왁스(2)만 원래 CAD 모델의 경계 부위를 기준으로 가공하기 위함이다. 우드 입자의 입도 지수는 50이상의 미세 입자를 사용하며, 우드입자(33)를 연삭볼(31) 표면에 붙이기 위하여 수지를 유기 용매에 녹인 용제 증발형 접착제를 연삭볼(31) 표면에 아주 얇게 입히고 그 위에 우드 입자(33)를 결합시킨다.

상기의 방법과 장치 및 연삭구를 사용하므로써, 기존의 배럴 연마나 진동 다듬질과 달리 광조형물 본래 파트는 훼손되지 않으면서 경계 표면에서 계단형상이 메워지고 제거되면서 광조형물의 표면 정도가 향상된다.

그리고 이와 같은 연삭 공정에서, 광조형물의 표면을 처리하기 위하여 , 상기와 같은 실시예 이외에도 다른 많은 다양한 재질의 것을 사용할 수 있음은 물론이고, 광조형물보다 연삭경도가 낮고, 왁스 보다 경도가 높은 재질의 것을 사용함으로써, 광조형물 외측면에 형성된 왁스 코팅층만을 효율적으로 연삭할 수 있을 것이다. 또한 실험에 의하면, 상기와 같은 공정과 장치로부터, 실질적으로 표면이 30㎛ 이하의 표면 정도를 얻을 수 있었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 외관면이 계단 형상을 가지는 광조형물의 표면을 왁스 코팅하여 층을 형성하고, 다시 상기 왁스 코팅층을 연삭하는 공정과, 이러한 공정을 가지는 장치를 이용하여, 표면 정도가 높은 광조형물을 완성할 수 있음을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명은 첨부한 특허청구의 범위에 의하여 해석되어야 하는 것은 당연할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하여 완성되는 광조형물의 표면은 예를 들면 30㎛ 이하의 표면 정도를 얻을 수 있게 된다. 따라서 원래의 광조형물의 형상을 훼손하지 않고 원하는 표면 정도를 얻을 수 있게 되어, 실제 금형제작에서 광조형물을 마스터 모델로 이용할 수 있는 실용성을 제공하게 된다. 또한 이러한 장점으로 인하여 실제의 금형제작에 있어서 광조형물이 보다 광범위하게 이용될 수 있게 되는 효과를 기대할 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 적층으로 인한 계단형을 가지는 광조형물의 표면에, 왁스 코팅층을 소정의 두께로 성형하는 과정과;

   상기 광조형물보다 연마 강도가 낮고, 왁스보다는 연마 강도가 높은 연삭구를 이용하여, 본래의 광조형물의 표면까지 왁스 코팅층을 연마하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광조형물의 표면처리방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 왁스 코팅층은, 고온상태의 액상 왁스에, 광조형물을 디핑하는 것에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광조형물의 표면처리방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 왁스 코팅층은 파라핀계 왁스로 코팅되는 것을 특징으로 하는 광조형물의 표면처리방법.
4. 제 2항에 있어서, 상기 디핑은 복수회 실시되는 것을 특징으로 하는 광조형물의 표면처리방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 연삭구는, 연삭볼의 표면에 우드 입자를 접착하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광조형물의 표면처리방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 연삭구는, 광조형물 표면의 계단 형상 틈새보다 충분히 큰 반경을 가지는 강재의 볼에 미세의 우드입자를 결합시켜 만든 것을 특징으로 하는 광조형물의 표면처리방법.
7. 광조형물의 표면을 왁스로 코팅한 후 연삭재를 충돌하여 가공하기 위한 표면처리 장치에 있어서,

   광조형물이 고정될 수 있고, 유동액체 및 연삭구를 수용할 수 있는 용기와; 상기 용기내의 액체를 가열하기 위한 히터와; 상기 히터에 의해 가열된 액체를 유동시키기 위한 액체 유동수단과; 그리고 용기내의 액체의 온도를 적당하게 조절하고, 액체의 유동을 제어하기 위해 액체 유동수단의 속도를 제어하는 제어부로 구성됨을 특징으로 하는 광조형물의 표면처리 장치.