KR20150071645A - 패턴 제조 방법, 패턴 제조 장치, 구조체 제조 방법 그리고 그를 위한 제조 장치 - Google Patents

패턴 제조 방법, 패턴 제조 장치, 구조체 제조 방법 그리고 그를 위한 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 패턴을 제조하는 방법은, 매체 상에 제1 액체의 패턴을 제공하는 단계와; 제공된 패턴에 분말 재료를 도포하는 단계와; 제1 액체에 도포된 분말 재료에 제2 액체를 제공하는 단계를 포함한다.

Description

패턴 제조 방법, 패턴 제조 장치, 구조체 제조 방법 그리고 그를 위한 제조 장치{METHOD FOR MANUFACTURING A PATTERN, MANUFACTURING APPARATUS FOR MANUFACTURING A PATTERN, METHOD FOR MANUFACTURING STRUCTURAL BODY AND MANUFACTURING APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 패턴 제조 방법, 패턴 제조 장치, 구조체 제조 방법 그리고 그를 위한 제조 장치에 관한 것이다.
근년에 들어, 디지털 인쇄 기술이 보급되었다. 디지털 인쇄가 판을 필요로 하지 않기 때문에, 소량 인쇄 작업을 수행하기 용이하고, 갑작스러운 소량 인쇄 작업에 편리하다. 디지털 인쇄 기술은 대략 동일한 품질로써 아날로그 인쇄만큼 사진 또는 잡지 등의 일반적인 인쇄 매체의 인쇄를 가능케 한다. 그러나, 디지털 인쇄 기술에 대한 문제점이 후막 인쇄(thick film printing)와 관련하여 남아 있다. 잉크 재료 및 기록 매체의 종류가 제한될 수 있다는 문제점이 있다. 후막 인쇄에는 훨씬 큰 장래성이 있고, 후막 인쇄는 통상의 인쇄의 화상 정보 이외의 화상 정보의 인쇄를 가능케 하여야 한다. 그러므로, 후막 인쇄와 관련하여, 패턴을 형성하는 잉크 그리고 기록 매체 등의 사용될 수 있는 재료의 많은 선택 가능성을 갖는 것이 중요하다. 예컨대, 아날로그 후막 스크린 인쇄 기술로서의 스크린-인쇄 기술은 인쇄 화상 후막의 일부를 형성하여 디자인 가치를 상승시킬 수 있고, 전도성 잉크를 사용하여 전기 회로를 인쇄할 수 있다. 대조적으로, 후막 스크린 인쇄를 위한 수단으로서 디지털 인쇄에 대해 공지되어 있는 UV - IJ(잉크-제트) 방법 그리고 전자 사진 방법에서, 각각은 패턴을 형성하는 데 사용될 수 있는 잉크 등의 재료를 제한한다. 예컨대, 패턴 형성 재료는 잉크-제트 방법이 UV - IJ이면 방출할 수 있는 광중합체로 제한된다.
후막 스크린 인쇄에서, 패턴 형성에 사용되는 재료의 자유도를 상승시킬 것이 제안되었다. 일본 특허 공개 제10-45138호에 따르면, 잉크를 사용한 후막 스크린 인쇄를 위한 방법이 개시되었고, 여기에서 열가소성 수지가 잉크가 건조되기 전에 인쇄된 잉크 상에 도포되고, 열가소성 수지는 열가소성 수지를 용융시키도록 가열된다.
그러나, 잉크-제트를 위한 잉크가 전형적으로 낮은 점도를 가지므로 그리고 노즐에 의해 방출되는 잉크 액적이 전형적으로 비딩(beading)을 방지하도록 바로 기록 매체 내에 흡수되므로, 잉크 상에 분말 재료를 정착하기 어렵다. 나아가, 잉크 상에 분말 재료를 정착하는 것이 가능하더라도, 양호한 잉크 흡수력을 갖는 기록 매체 상에만 패턴을 형성하는 것이 가능할 수 있다는 큰 제한이 있다.
따라서, 본 발명의 태양은 광범위하게 상이한 매체 상으로의 패턴 형성을 가능케 하는 높은 정밀도로써 매체 상에 분말에 의해 형성되는 패턴을 제조할 수 있는 방법을 지향한다.
본 발명의 하나의 태양에서, 매체 상에 제1 액체의 패턴을 제공하는 단계와; 제공된 패턴에 분말 재료를 도포하는 단계와; 제1 액체에 도포된 분말 재료에 제2 액체를 도포하여 분말 재료의 유색 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 패턴을 제조하는 방법이 제공된다.
본 발명의 추가의 예시 실시예에 따르면, 패턴을 제조하는 제조 장치가 제공된다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 구조체를 제조하는 방법을 구현하는 제조 장치의 하나의 예로서 적층 모델링 장치를 도시하는 개략도.
도 2는 적층 모델링 장치의 제어 시스템을 도시하는 블록도.
본 발명의 다양한 예시 실시예, 특징 및 태양이 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 패턴을 제조하는 방법 그리고 패턴에 의해 구조체를 제조하는 방법을 구현하는 제조 장치의 하나의 예로서의 적층 모델링 장치(100)를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 이 장치(100)에서, 새롭게 적층될 구조체의 층의 패턴이 전달 부재로서 기능하는 벨트-형상의 전달 부재(1)의 표면 상에 형성되고, 그 다음에 반송 기구(2)에 의해 각각의 처리 유닛에 통과되고, 그에 의해 구조체의 단면 형상을 갖는 단면 층으로서 유색 패턴(14)이 형성된다. 추가로, 구조체에 대한 유색 패턴(14)이, 전달 부재(1)에 대해 상대적으로 왕복으로 이동되는 적층 유닛(8)의 적층 위치로 반송되고, 그 다음에 적층될 제조-과정의 구조체(in-process structural body)(10) 상에 적층된다. 여기에서, 전달 부재(1)가 중간 인쇄 매체에 사용된다.
전달 부재(1)는 표면 상에 형성되는 구조체의 층을 지지하는 지지 부재로서 기능하고, 층들을 서로 적층함으로써 이미 형성된 제조-과정의 구조체로 형성된 층을 전달하는 전달 부재로서 또한 기능한다. 그러므로, 전달 부재(1)는 구조체를 형성하는 재료에 대해 어느 정도로 친화력을 가지면서 높은 이형 성질(releas property)을 갖는 재료로 형성되어야 한다. 예컨대, 전달 부재(1)의 측면에서의 단면 층의 일부만이 전달되더라도 구조체를 형성하는 것이 가능하다. 그러나, 구조체의 정밀성을 위해, 사실상, 전체의 단면 층이 제조-과정의 구조체(10)로 전달된다.
추가로, 전달을 안정되게 수행하기 위해, 전달 부재(1)는 적어도 일부의 탄성을 가질 수 있다. 전달 부재를 위한 재료로서, 예컨대, 실리콘 고무 및 불소 고무가 언급될 수 있다. 패터닝에 사용되는 재료가 위에서 언급된 이들 고무 재료 상에서 일부 경우에 반발될 수 있으므로, 사실상, 표면 처리가 사용될 재료에 따라 그 상에 수행된다. 고무 경도는 탄성체의 두께에 따라 결정되지만, 그 두께가 클 때에, 경질 고무가 바람직하게 사용될 수 있고, 두께가 작을 때에, 연질 고무가 바람직하게 사용될 수 있다. 두께가 클 때에, 대략 80 도의 경도를 갖는 고무가 제공될 수 있고, 전달 부재(1)가 얇은 벨트 형상을 가질 때에, 대략 0.1 내지 0.5 ㎜의 두께 그리고 대략 50 내지 20 도의 고무 경도를 갖는 고무로 형성되는 얇은 필름이 제공될 수 있다. 높은 정확성이 요구될 때에, 각각 탄성을 갖지 않는 테플론[TEFLON(등록 상표)] 시트 그리고 서브마이크론-정도의 두께를 갖는 이형제가 코팅된 매끄러운 필름이 사용될 수 있다. 작은 탄성을 갖는 전달 부재(1)가 사용되는 경우에, 기계 정확성 및/또는 긴 처리 시간이 일부 경우에 요구될 수 있으므로, 재료가 적용 목적에 따라 선택될 수 있다.
추가로, 금속 분말 등이 형상 형성 재료로서 사용될 때에, 그 표면이 높은 내열성을 갖는 붕소 질화물 등을 사용한 이형 처리에 의해 처리될 수 있다.
적층 모델링 장치(100) 내에서 수행되는 적층 제조 공정이 아래에서 설명될 것이다. 도 1에 도시된 장치에서, 제1 유체로서의 반응 액체가 전달 부재(1) 상에 반응 액체의 패턴(11)을 형성하도록 제1 잉크젯 디바이스(3)로부터 전달 부재(1) 상에 방출된다. 그러나, 이 방법은 위에서 설명된 것으로 제한되지 않고, 예컨대, 반응 액체의 패턴이 플렉소그래픽 인쇄(flexographic printing) 등의 판을 사용한 인쇄에 의해 형성될 수도 있다. 복수개의 상이한 화상 또는 상이한 색상의 패턴이 동일한 영역 내에 동시에 형성되면, 판을 사용한 인쇄가 어느 정도로 효율적일 수 있다. 마찬가지로, 구조체를 형성하기 위해, 판 상에 상이한 형상을 각각 갖는 복수개의 패턴을 배열하고 그 다음에 복수개의 패턴을 적층하는 것으로 구조체를 형성할 수 있다.
잉크젯 방법을 사용한 패터닝이 액체로써 의도된 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 이것이 바람직할 수 있다. 잉크젯 방법, 열 방식, 피에조 작동기 방식, 정전 방식 및 연속 방식의 다양한 방식이 사용 가능하다. 잉크가 방출되는 노즐과 관련하여, 예컨대 1개의 노즐 방식의 분배기 그리고 다중-노즐이 제공되는 라인 헤드 중 적어도 하나가 사용 가능하다. 라인 헤드는 바람직하게는 높은 생산성을 성취하는 데 사용될 수 있다.
제1 액체는 반응 액체로만 제한되지 않는다. 수성 잉크 및/또는 유성 잉크 등의 액체가 또한 제1 액체로서 사용될 수 있다. 인쇄 매체 상에 제1 액체를 방출함으로써 패턴(11)을 형성하는 경우에, 사실상, 제1 액체 부착력이 분말 재료가 도착될 때까지 유지되고, 그에 따라, 사실상, 수성 잉크가 사용된다.
플라스틱이 분말 재료에 사용되고 수성 잉크가 제1 액체에 사용되는 경우에, 사실상, 수성 유기 용매 및/또는 계면 활성제가 수성 잉크가 플라스틱과 결합되도록 수성 잉크 내로 첨가된다.
또한, 사실상, 수분이 수성 유기 용매 및/또는 계면 활성제의 농도를 상승시키도록 수성 유기 용매 및/또는 계면 활성제를 포함하는 제1 액체로서의 도포된 잉크로부터 증발된다.
제1 액체에 사용된 수성 유기 용매는 구체적으로 제한되지 않는다. 수성 유기 용매는 예컨대 표면 장력, 건조 성질 및 점도와 관련하여 선택될 수 있다. 수성 유기 용매의 예로서, 예컨대, 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드 등의 아미드; 아세톤 등의 케톤; 테트라히드로푸란 및 디옥산 등의 에테르; 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜 등의 폴리알킬렌 글리콜; 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,2,6-헥산트리올, 티디글리콜, 헥실렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜 등의 알킬렌 글리콜; 에틸렌 글리콜 메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 등의 다가 알코올의 저급 알킬 에테르; 에탄올, 이소프로필 알코올, n-부틸 알코올 및 이소부틸 알코올 등의 1가 알코올; 글리세린; N-메틸-2-피릴리돈; 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논; 트리에탄올아미드; 술포란; 및 디메틸 술폭사이드가 언급될 수 있다.
계면 활성제로서, 불소계 계면 활성제, 실리콘계 계면 활성제, 수용성 음이온 계면 활성제, 양이온 계면 활성제, 비이온 계면 활성제 및 양성 계면 활성제가 사용될 수 있다.
제1 액체와 관련하여, 제2 액체가 이동되는 것을 억제하도록 제2 액체와 접촉될 때에 위에서 설명된 것과 같이 분말 재료를 공급한 후에 분말 재료에 도포되는 제2 액체와 반응하는 반응 잉크가 제2 액체에 의해 형성되는 화상의 품질을 개선할 수 있다.
반응 방식 및 반응 재료가 제2 액체와 형성될 조합과 관련하여 그리고 반응을 사용하는 목적에 따라 선택될 수 있다. 예컨대, 수성 잉크에 대해, 단독으로 또는 조합으로 응집(agglutination), 염석 출현 반응(salting out appearance reaction) 및/또는 산-염기 반응을 사용하는 것이 가능하다. 특히, 응집이 적절할 수 있다. 특히, 안료 잉크 그리고 금속 염을 포함하는 반응 액체의 조합이 낮은 양의 반응 액체로써의 얇은 잉크 패턴의 형성을 가능케 하기 때문에 화상 품질과 관련하여 제공될 수 있다. 또한, 이러한 조합은 이러한 조합의 반응 속도가 높기 때문에 양호하게 제공될 수 있다.
반응 액체 내에 포함된 반응 재료를 위한 재료로서, 잉크와 반대의 전하를 갖는 이온 재료가 사용된다. 예컨대, 음이온 잉크가 잉크젯을 위한 잉크로서 사용되고, 음이온 잉크를 위한 반응 재료로서, 금속 염을 포함하는 용액 특히 2 이상의 원자가를 갖는 다가 금속 염 용액이 사용될 수 있다. 다가 금속 염은 2 이상의 원자가를 갖는 다가 금속 이온 그리고 다가 금속 이온에 대응하는 음이온으로 구성된다. 다가 금속 이온의 예로서, Ca2+, Cu2+, Ni2+, Mg2+, Zn2+ 등의 2가 금속 이온 그리고 Fe3+, Al3+ 등의 3가 금속 이온이 언급될 수 있다. 그 다가 금속 이온에 대응하는 음이온의 예로서, Cl-, NO3-, SO4 2-, I-, Br-, ClO3-, RCOO-(여기에서 R은 알킬기)가 언급될 수 있다.
더 높은 반응성을 위해 산과 함께 금속 이온을 사용하는 것이 유용하다. 산이 또한 단독의 반응 재료로서 유용하다.
산의 예로서, 유기산 예컨대 옥살산, 폴리아크릴산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 말론산, 말산, 말레산, 아스코르브산, 숙신산, 글루타르산, 글루타민산, 푸마르산, 시트르산, 타르타르산, 락트산, 피롤리돈 카르복실산, 피론 카르복실산, 피롤 카르복실산, 푸란카르복실산, 쿠마르산, 티오펜카르복실산, 니코틴산, 히드록시숙신산 또는 디옥시숙신산이 언급될 수 있다.
제1 액체는 고체 성분을 포함할 수 있고, 유색 패턴 내의 함유 비율(아래에서 설명됨)이 제1 액체 내의 고체 성분의 감소에 따라 더 높아질 수 있다. 유색 패턴 내의 높은 함유 비율은 유색 패턴에 의해 형성되는 구조체의 경도에 영향을 미치고, 구조체의 리사이클링을 용이하게 한다.
추가로, 분말에 의해 형성될 층의 두께의 균일성과 관련하여, 제공될 분말의 양이 제1 액체의 두께에 비례하기 때문에, 사실상, 제1 액체는 전달 부재(1) 상의 제1 액체의 두께가 균일해지도록 제공된다. 두께 면에서 균일성을 갖는 분말 재료에 의해 형성될 층은 층에 의해 형성되는 인쇄 제품의 미적으로 양호한 특징에 기여하고, 층에 의해 형성되는 구조체를 형성할 때의 정밀성에 또한 기여한다.
제1 액체의 색상과 관련하여, 분말 재료에 도포되는 제2 액체 때문에, 제1 액체가 형성될 화상에 낮은 영향을 미치기 때문에, 사실상, 제1 액체는 제1 액체가 투명색 또는 무색을 갖도록 제공된다. 제1 액체의 색상은 백색일 수 있다.
분말 재료에 의해 형성될 층에 대해 균일한 두께를 얻기 위해, 분말 재료는 소정의 크기에 대한 분류에 따라 선택될 수 있다. 부착력을 나타내는 범위 내에서, 제1 액체 필름이 얇을 수 있다.
추가로, 복수개의 종류의 액체가 제1 액체에 사용될 수 있다. 잉크 제트 방법이 전달 부재(1)에 제1 액체를 가하는 데 사용되는 경우에, 2개의 액체를 포함하고 제1 액체의 부착력을 높이는 재료가 사용될 수 있다. 또한, 도 1에서의 수분 제거 기구(5)가 제1 액체의 두께를 조정하는 데 사용될 수 있다.
다음에, 도 1에 도시된 것과 같이, 분말 재료 도포 디바이스(6)는 분말 재료를 도포하는 장치에 대향인 위치로 전달 부재(1)에 의해 전달된 제1 액체의 패턴에 모델 형성 재료로서 분말 재료(6a)를 도포한다. 이와 같이, 분말 재료의 패턴(12)이 형성된다. 분말 재료(6a)는 제1 액체의 부착성에 의해 정착되고, 그에 따라 분말 재료(6a)를 위한 재료를 선택할 많은 선택 가능성이 있다. 일체화 필름을 형성하도록 도포된 분말 재료(6a)를 용융시키는 것과 관련하여, 열가소성 수지가 바람직하게 분말 재료(6a)에 사용될 수 있다. 열가소성 수지의 예로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, ABS, 폴리락트산, 폴리스티렌, 폴리클로로 에틸렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 이오노머 또는 EVA가 언급될 수 있다. 수지 외에도, 금속 및 유리 그리고 세라믹 등의 용융된 성형체를 가열하는 데 사용될 수 있는 재료가 사용될 수 있다. 추가로, 제1 액체의 패턴(11)에 대한 부착 또는 분말 재료(6a) 간의 정착을 향상시키는 표면 처리를 갖는 분말 재료(6a)가 사용될 수 있다. 제1 액체의 패턴(11)에 대한 부착 그리고 제1 액체의 패턴(11)이 형성되지 않는 영역에 도포되는 분말 재료(6a)를 제거하는 것과 관련하여, 볼 형상의 분말 재료가 바람직하다. 물론, 분말 재료(6a)의 형상이 위에서 언급된 것으로 제한되지 않는다. 일정한 필름 두께의 층을 형성하도록 깔끔하게 배열되는 분말 재료(6a)를 제공하기 위해, 각각의 분말 재료(6a)의 입자 크기는 실질적으로 동일할 수 있다. 분말 재료(6a)의 각각의 더 큰 크기가 두꺼운 필름의 층을 형성하는 것을 가능케 한다. 한편, 그 내부측이 다공성인 입자의 분말 재료(6a)가 형성된 층이 잉크가 층에 도포될 때에 양호한 색상 발현을 갖게 한다.
모델링 재료 도포 장치(6)는 패턴(11)이 형성되는 부분을 포함하는 영역으로 분말 재료(6a)를 취입할 수 있고, 진동, 통풍 또는 흡수에 의해 제1 액체의 패턴(11)에 의해 정착되지 않은 제공된 분말 재료(6a)를 제거할 수 있다. 또한, 분말 재료(6a)는 모델링 재료 도포 장치(6)에 의해 패턴(11)을 포함하는 영역에 대해 유동 및 도포될 수 있다. 또한, 정전기에 의해 분말 재료(6a)의 패턴을 형성하고 제1 액체의 패턴(11)에 대응하는 분말 재료(6a)의 패턴을 제공하는 것이 가능할 수 있다.
분말 재료(6a)의 도포 그리고 분말 재료(6a)의 제거가 별개의 단계에 의해 또는 동시에 실행될 수 있다. 예컨대, 분말 재료 도포 디바이스(6)는 제1 액체의 패턴(11)으로 공기를 보내서 공기가 패턴(11)으로 분말 재료(6a)를 반송하게 하고, 공기의 유동은 정착되지 않은 분말 재료(6a)를 제거할 수 있다. 이러한 방식에 의해, 분말 재료(6a)의 패턴의 형성 그리고 불필요한 분말의 제거가 동시에 수행될 수 있다.
추가로, 복수개의 상이한 종류의 분말 재료가 사용될 수 있다. 제1 종류의 분말 재료가 제1 분말 재료의 패턴을 형성하도록 제1 액체 패턴의 제1 부분으로 도포될 수 있고, 후속적으로 제2 종류의 분말 재료가 제2 분말 재료의 패턴을 형성하도록 제1 액체 패턴의 제2 부분으로 도포될 수 있다. 이러한 위에서 설명된 방법은 동일한 평면 내로의 복수개의 상이한 종류의 분말 재료의 배열 그리고 형성된 층 내로의 서로 상이한 경도를 갖는 부분들의 형성을 가능케 한다.
다음에, 제2 잉크젯 디바이스(4)가 패턴 상에 색상을 부여하도록 분말 재료의 패턴(12)으로 제2 액체로서 잉크를 도포하고, 그 다음에 유색 분말 패턴(13)이 형성된다. 이러한 방법은 제2 액체가 분말 재료의 패턴(12)에 접촉되지 않으면서 분말 재료의 패턴(12)에 도포되기 때문에 유용하다. 특히, 유색 분말 패턴(13)이 형성될 구조체로 전달되는 경우에, 분말 재료(13)가 강력하게 전달 부재(1) 상에 정착되는 것이 바람직하다. 잉크 제트 방법은 분말 재료의 패턴(12) 내의 분말 재료가 제2 잉크젯 디바이스(4)에 의해 포획되는 것을 방지할 수 있고, 이러한 방법은 제2 액체를 도포하는 장치가 분말 재료의 패턴(12)과 접촉되는 접촉 인쇄 방법보다 양호할 수 있다.
다양한 방식의 잉크 제트 방법이 제2 잉크젯 디바이스(4) 그리고 또한 제1 잉크젯 디바이스(3)에 유용하다.
제2 액체로서의 유색 잉크를 위해, 수성 잉크 또는 유성 잉크가 사용될 수 있다. 수성 잉크는 제1 액체와 제2 액체 사이의 반응을 유발하는 데 사용될 수 있다. 수성 잉크에 이용 가능한 이온 반응이 매우 빠른 반응을 수행하고, 그에 따라 이러한 반응은 혼란 없이 제2 액체로서 유색 잉크에 의해 화상을 형성하는 데 유용할 수 있다. 특히, 제2 액체로서의 안료 잉크 그리고 제1 액체로서의 금속 염을 포함하는 반응 액체의 조합이 제공될 수 있다.
제2 액체를 위한 안료 잉크는 안료를 포함할 수 있고, 분산 수지, 분산 작용제, 수용성 유리 용매, pH 조절제, 계면 활성제 및 수분 중 적어도 하나를 또한 포함할 수 있다. 안료 잉크 내에 포함된 재료들의 각각에 대한 조성 비율이 형성될 화상 그리고 사용될 반응 액체에 따라 조정될 수 있고, 예컨대, 안료는 1 내지 10 %일 수 있고, 수용성 유기 용매는 70 내지 90 %이고, 다른 조성물 수 % 이하일 수 있다.
제2 액체로서의 반응 액체는 복수개의 색상의 잉크에 의해 형성되는 화상이 잉크의 색상을 혼합시키는 것을 방지하고, 그에 따라 높은 품질의 화상이 형성된다. 분말 재료의 패턴(12)은 제1 액체에 의해 이미 형성되었다. 분말 재료(6a)의 양은 제2 액체로서의 유색 잉크의 양에 의해 영향을 받지 않는다.
또 다른 장점이 이러한 순서로 제1 액체, 분말 재료(6a) 및 제2 액체를 도포함으로써 유색 분말 패턴(13)을 형성함으로써 생성된다. 예컨대, 제1 액체로서 반응 액체를 도포하고 분말 재료(6a) 전에 제2 액체를 연속적으로 도포하면, 제1 액체와 제2 액체 사이의 반응이 전달 부재(1)의 표면에 어떤 영향을 미칠 수 있고, 형성된 층이 전달 부재(1)로부터 제거하기 어려울 수 있다. 한편, 본 실시예에서의 순서에 의해 제1 액체와 제2 액체 사이의 반응이 분말 재료(6a)의 측면에서 수행되기 때문에, 전달 효율이 양호하고, 제2 액체의 층과 분말 재료(6a) 간의 정착 또한 양호하게 수행될 수 있다.
나아가, 본 실시예에서의 순서는 유색 분말 패턴(13)의 측면 표면 상의 색상이 균일성을 갖도록 분말 재료의 패턴(12)에 색상을 추가하는 것이 가능하기 때문에 구조체의 측면 표면 상에서의 색상 발현이 자연스럽다는 점에서 장점을 갖는다.
다음에, 전달 부재(1) 상에 형성된 유색 분말 패턴(13)이 가열이 가열 디바이스(7)에 의해 수행되는 위치로 반송된다. 그 위치에서, 가열 디바이스(7)는 유색 분말 패턴(13)이 필름화되도록 열선을 방출함으로써 유색 분말 패턴(13)을 가열한다. 가열 디바이스(7)에 의해 가열하는 방법은 구체적으로 제한되지 않는다. 예컨대, 열 롤러가 유색 패턴과 접촉될 수 있거나, 패턴이 유색 패턴에 접촉되지 않으면서 적외선 또는 마이크로파로써 조사될 수 있다. 레이저 등의 에너지 빔의 주사에 의한 가열이 사용될 수 있다. 또한, 가열 디바이스(7)는 전달 부재(1)의 후방 측면에서 제공될 수 있다.
추가로, 유색 분말 패턴(13) 내의 조성물이 광응고 성분을 포함할 때에 광응고에 의해 유색 분말 패턴(13)으로부터 필름을 형성하는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 광이 유색 분말 패턴(13)이 형성 중의 인쇄 매체 또는 구조체에 접촉된 상태에서 유색 분말 패턴(13)에 조사되면, 유색 분말 패턴(13)으로부터 형성 중의 인쇄 매체 또는 구조체로의 필름의 전달 그리고 유색 분말 패턴으로부터 형성 중의 인쇄 매체 또는 구조체로의 필름의 부착이 동시에 수행될 수 있다.
유색 분말 패턴(13)을 필름으로 형성함으로써 형성된 필름 상태에서의 유색 패턴(14)은 적층 유닛(8)에 대향인 위치로 전달되고, 그 다음에 적층 유닛의 위치에 정착되고, 그 다음에 제조-과정의 구조체(10)에 접촉된다. 유색 패턴(14) 및 제조-과정의 구조체(10)가 서로 부착될 때에, 유색 패턴(14)이 제조-과정의 구조체(10)에 부착되도록 냉각 유닛(도시되지 않음)에 의해 냉각된다. 이러한 방식으로, 유색 패턴(14)의 적층이 수행된다. 유색 패턴(14)이 유색 분말 패턴(13)의 가열에 의해 형성되게 하고 접착 작용제에 의해 제조-과정의 구조체(10) 상에 냉각되게 하는 것이 또한 가능하다. 이러한 적층 공정에서, 전달 부재(1)의 표면 대신에 후방 측면 상에 제공되는 후방 판이 사용될 수 있다.
추가로, 분말 재료(6a)는 전달 부재(1) 상에 위에서 설명된 것과 같이 본 실시예에서 필름으로 형성되도록 용융된다. 그러나, 유색 분말 패턴(13)은 유색 분말 패턴(13)이 필름으로 형성되기 전에 제조-과정의 구조체(10) 또는 인쇄 매체로 전달될 수 있다. 이러한 방식은 어떤 분말 재료(6a) 및/또는 어떤 인쇄 매체에 대해 형성된 필름과 제조-과정의 구조체(10) 또는 인쇄 매체 사이에 강력한 부착을 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 분말 재료의 패턴(12)에 도포된 제2 액체가 도포된 분말 재료(6a)의 상부 표면에 제조-과정의 구조체(10)에 부착되는 부착력을 제공할 수 있다.
추가로, 완성된 구조체 또는 완성된 유색 패턴 내의 유색 분말 패턴(13)은 용융되지 않은 분말 재료를 포함할 수 있다.
나아가, 돌출 형상을 갖는 구조체를 형성할 때에, 제조-과정의 구조체(10)의 돌출 형상부를 임시로 지지하는 지지 부재(도 1에 도시되지 않음)가 적층 유닛(8)에서의 구조체의 제조 공정에서 제공될 수 있다. 이러한 지지 부재는 구조체에 사용되는 재료 그리고 구조체의 용도에 따라 형성될 수 있다. 이러한 경우에 대해, 적층 유닛(8)은 제조-과정의 구조체 근처의 지지 위치에 지지 부재를 형성하는 재료를 제공하도록 구성되는 지지 재료 제공 장치(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
위에서 설명된 적층 작업이 반복적으로 수행되고 적층이 설정된 횟수만큼 수행될 때에, 구조체가 형성된다.
도 2는 도 1에 도시된 제조 장치(100)의 제어 시스템을 도시하는 블록도이다. 3-차원 물체 형성 장치(100)에서, 전체의 시스템의 주요 제어 부분으로서 기능하고 개별의 유닛을 제어하는 CPU(101)가 도시되어 있다. 예컨대 CPU(101)의 기본 프로그램을 저장하는 ROM 그리고 인터페이스(103)를 통해 입력되는 인쇄 데이터로서의 구조체 데이터(104)를 저장하고 데이터 처리를 수행하는 데 사용되는 RAM으로 형성되는 메모리(102)가 도시되어 있다.
CPU(101)가 형상 형성의 시작을 지시하는 신호를 수용할 때에, 구조체 데이터를 설정 조건에 따라 출력되는 슬라이스 데이터(slice data)로 변환하는 처리가 시작된다. 그 다음에, CPU(101)는 제1 잉크젯 디바이스(3)에 의해 제1 액체를 도포하는 영역에 대한 슬라이스 데이터의 데이터 그리고 제2 잉크젯 디바이스(4)의해 제2 액체를 도포하는 영역에 대한 슬라이스 데이터의 데이터를 보낸다. 동시에, 통신이 반송 기구로서의 반송 롤러(2), 제1 잉크젯 디바이스(3), 제2 잉크젯 디바이스(4), 분말 재료 도포 디바이스(6), 가열 디바이스(7), 적층 유닛(8) 및 지지 부재 제공 유닛(15)의 상태를 확인하도록 수행된다. 상태가 형상 형성에 대해 준비될 때에, 전달 부재(1)가 반송 롤러(2)에 의해 이동된다. 전달 부재(1)의 위치가 인코더(105)에 의해 결정될 때에, 제1 잉크젯 디바이스(3), 제2 잉크젯 디바이스(4), 수분 제거 기구(5), 분말 재료 도포 디바이스(6), 가열 디바이스(7) 및 적층 유닛(8)이 소정의 작업을 수행하고, 구조체를 완성시키도록 소정의 횟수 동안 소정의 작업을 반복한다.
이후에서, 본 발명의 예가 설명될 것이다.
[예 1]
예 1로서, 구조체의 제조가 도 1에 도시된 장치를 사용한 적층 형성에 의해 수행된다.
우선, 구조체의 데이터가 소정의 두께를 갖는 각각의 층의 슬라이스 데이터로서 준비될 수 있고, 이러한 예에서, 100 ㎛-두께 단위의 층의 슬라이스 데이터가 사용된다.
전달 부재(1)로서, 0.4 ㎜의 두께를 갖고 40 도의 고무 경도를 갖는 0.2 ㎜-두께의 실리콘 고무[상품명: KE-1310, 신에츠 케미컬 컴퍼니 리미티드(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)에 의해 제조됨]로써 코팅되는 PET 필름이 사용된다. 잉크가 전달 부재(1)의 표면 상에서 반발되는 것을 억제하기 위해, 전달 부재(1)는 원격-방식의 대기 압력 플라즈마 처리 장치[상품명: APT-203 rev., 세끼스이 케미컬 컴퍼니 리미티드(Sekisui Chemical Co., Ltd.)에 의해 제조됨]에 의해 다음의 조건 하에서 처리된다.
가스의 유속: 1,000 ㏄/분의 공기, 6,000 ㏄/분의 N2
입력 전압: 230 V
주파수: 10 ㎑
처리 속도: 100 ㎜/분
다음에, 잉크가 전달 부재(1) 위에서 분산되는 것을 억제하기 위해, 다음의 화합물을 갖는 반응 액체가 구조체의 일부로서 단면 층을 형성하는 단면 패턴에 대응하는 위치로 잉크 제트 헤드의 노즐을 사용하여 도포된다.
[반응 액체의 조성]
Ca(NO3)2·4H2O: 50 질량부
계면 활성제[상품명: 아세틸라놀 EH, 가와껜 파인 케미컬즈 컴퍼니 리미티드(Kawaken Fine Chemicals Co., Ltd.)에 의해 제조됨]: 1 질량부
디에틸렌 글리콜: 9 질량부
정제수: 40 질량부
다음에, 분말 재료(6a)로서 기능하는 폴리프로플렌 입자(평균 입자 직경: 200 ㎛)가 분말 재료 도포 디바이스(6)로서 기능하는 블레이드 코터(blade coater)에 의해 전달 부재(1) 상의 반응 액체의 패턴(11)으로 공급된다.
다음에, 전기 제거 공기(deelectrified air)가 공기 건(air gun)(사전 압력 0.25 ㎩)로부터 전달 부재(1)로 취입되고, 그에 의해 반응 액체의 패턴(11)의 외부측의 분말 재료(6a)가 제거된다. 이러한 처리에 의해, 분말 재료의 패턴(12)이 형성된다.
다음에, 다음의 조성을 갖는 유색 잉크가 분말 재료의 패턴(12)에 색상을 추가하도록 분말 재료의 패턴(12)에 도포되고, 그 다음에 유색 분말 패턴(13)이 형성된다.
[잉크 조성]
다음의 안료: 3 질량부
블랙: 카본 블랙[상품명: MCF 88, 미쯔비시 케미컬 코포레이션(Mitsubishi Chemical Corp.)에 의해 제조됨],
시안: 안료 블루 15,
마젠타: 안료 레드 7,
옐로우: 안료 옐로우 74
스티렌-아크릴산-에틸 아크릴레이트 공중합체(산가: 240, 중량 평균 분자량: 5,000): 1 질량부
글리세린: 10 질량부
에틸렌 글리콜: 5 질량부
계면 활성제(상품명: 아세틸라놀 EH, 가와껜 파인 케미컬즈 컴퍼니 리미티드에 의해 제조됨]: 1 질량부
정제수: 80 질량부
다음에, 가열이 전달 부재(1)의 후방 표면의 측면으로부터 히터(도시되지 않음)에 의해 수행되고, 유색 분말 패턴(13)이 대략 170 ℃에서 용융되어 필름을 형성되고, 그에 의해 유색 패턴(14)의 층이 형성된다.
다음에, 유색 패턴(14)의 층이 적층 유닛(8)의 위치로 반송되어 소정의 위치에 위치된 후에, 적층 유닛(8)은 전달 부재(1)의 표면에 대한 간극이 100 ㎛인 위치까지 상승되고, 그에 의해 적층 유닛(8) 내의 모델 형성 테이블의 표면이 유색 패턴의 층과 접촉된다.
위에서 설명된 작업이 반복적으로 수행되어 적층이 이전에 형성된 적층체에 새로운 층을 적층함으로써 1,000 회만큼 완료될 때에, 10 ㎝의 높이를 갖는 구조체가 형성된다.
유색 패턴으로부터 층을 적층함으로써 구조체를 제조하는 예가 위에 설명되었고, 인쇄 제품으로서 전기 라인 기판(electric line substrate)을 형성하는 발명의 예가 아래에서 설명될 것이다.
[예 2]
예 2로서, 인쇄 제품의 제조가 도 1에 도시된 장치와 유사한 장치에 의해 수행된다.
회로의 형상을 갖는 패턴(회로의 선폭이 0.5 ㎜임)이 제1 잉크젯 디바이스(3)로부터 도 1에서의 전달 부재(1)를 대체하는 전기 기판 용도의 에폭시 수지 기판(두께 1 ㎜)으로 다음의 조성을 갖는 반응 액체를 도포함으로써 형성된다.
[반응 액체의 조성]
AlK(SO4)2/12H2O: 40 질량부
스티렌-아크릴산-에틸 아크릴레이트 공중합체(산가: 270, 중량 평균 분자량: 1,500): 3 질량부
계면 활성제(상품명: 아세틸라놀 EH, 가와껜 파인 케미컬즈 컴퍼니 리미티드에 의해 제조됨): 1 질량부
디에틸렌 글리콜: 13 질량부
정제수: 43 질량부
다음에, 반응 액체의 형성된 패턴이 3 분 동안 50 도에서 수분 제거 기구(5)로부터 따뜻한 공기에 의해 건조된다. 다음에, 솔더 볼(solder ball)(평균 직경: 200 ㎛)이 반응 액체의 건조된 패턴(11)으로 도포되고, 그 다음에 기판이 진동되어 반응 액체의 패턴(11)의 외부측의 분말 재료(6a)가 제거된다.
다음에, 다음의 조성을 갖는 유색 잉크가 솔더 볼의 패턴에 색상을 추가하도록 위에서 설명된 것과 같이 형성된 솔더 볼의 패턴에 도포되고, 그 다음에 유색 분말 패턴(13)으로서의 유색 솔더 볼 패턴이 형성된다. 유색 잉크는, 레드 및 블랙 색상이 설계에서 5V의 라인에 대응하는 부분에 추가되고 블루 및 옐로우 색상이 설계에서 2.5V의 라인에 대응하는 부분에 추가되도록 솔더 볼의 패턴에 도포된다.
[잉크 조성]
다음의 안료: 10 질량부
블랙: CuO·Cr2O3
블루: CoO·Al2O3
레드: Cds·3CdSe
옐로우: CdS
화이트: TiO2(루타일 타입)
투명 잉크: 안료 없음
스티렌-아크릴산-에틸 아크릴레이트 공중합체(산가: 220, 중량 평균 분자량: 5,000): 2 질량부
에탄올: 4 질량부
에틸렌 글리콜: 4 질량부
계면 활성제(상품명: 아세틸라놀 EH, 가와껜 파인 케미컬즈 컴퍼니 리미티드에 의해 제조됨]: 1 질량부
정제수: 79 질량부
투명 잉크가 89 질량부만큼 정제수를 포함한다.
다음에, 형성된 유색 솔더 볼 패턴을 갖는 기판이 5 분 동안 220 도에서 가열 퍼니스 내에서 가열된다. 솔더 볼은 색상에 의해 구별되는 전기 라인이 제공되는 전기 라인 기판이 형성되도록 용융된다.
본 발명은 예시 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시 실시예에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 다음의 특허청구범위의 범주는 모든 이러한 변형 그리고 등가의 구조 및 기능을 망라하도록 가장 넓은 해석과 일치되어야 한다.
2: 반송 롤러
3: 제1 잉크젯 디바이스
4: 제2 잉크젯 디바이스
5: 수분 제거 기구
6: 분말 재료 도포 디바이스
7: 가열 디바이스
8: 적층 유닛
15: 지지 부재 제공 디바이스
101: CPU
102: 메모리
103: I/F
104: 구조체 데이터
105: 인코더

Claims (15)

  1. 매체 상에 제1 액체의 패턴을 제공하는 단계와;
    제공된 상기 패턴에 분말 재료를 도포하는 단계와;
    상기 분말 재료의 유색 패턴이 형성되도록 상기 제1 액체에 도포된 분말 재료에 제2 액체를 도포하는 단계를 포함하는, 패턴 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분말 재료를 도포하는 단계는, 상기 제1 액체의 패턴을 포함하는 상기 매체의 영역에 분말 재료를 제공하고 상기 제1 액체의 패턴의 외부측의 분말 재료를 제거하는 단계를 포함하는, 패턴 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    제조 과정의 구조체로 상기 분말 재료의 유색 패턴을 전달하는 단계를 더 포함하는, 패턴 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 액체는 유색 잉크인, 패턴 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 액체는, 상기 유색 잉크와 반응하여 상기 유색 잉크의 색상 성분에 정착 효과를 제공하는 반응 액체인, 패턴 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분말 재료에 제2 액체를 도포하는 단계는, 잉크젯 디바이스에 의해 상기 제2 액체를 방출하는 단계를 포함하는, 패턴 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 분말 재료는 열가소성 수지이고,
    상기 패턴 제조 방법은, 상기 제1 액체, 상기 분말 재료 및 상기 제2 액체를 포함하는 상기 유색 패턴을 용융시키는 단계를 더 포함하는, 패턴 제조 방법.
  8. 전달 부재 상에 층을 형성하는 단계로서, 상기 단계는, 전달 부재 상에 제1 액체의 패턴을 제공하는 단계와, 제공된 상기 패턴에 분말 재료를 도포하는 단계와, 상기 제1 액체에 도포된 분말 재료에 제2 액체를 도포하는 단계를 포함하는 작업에 의해 상기 전달 부재 상에 층을 형성하는 단계와;
    형성된 상기 층을 제조 과정의 구조체로 전달하는 단계를 포함하는, 구조체 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제조 과정의 구조체는 상기 작업에 의해 형성되는 복수개의 층을 포함하는, 구조체 제조 방법.
  10. 매체 상에 제1 액체의 패턴을 제공하는 제공 유닛과;
    상기 제공 유닛에 의해 제공된 패턴에 분말 재료를 도포하는 제1 도포 유닛과;
    상기 분말 재료의 유색 패턴이 형성되도록, 상기 제1 도포 유닛에 의해 도포된 제1 액체에 도포된 분말 재료 상에 제2 액체를 도포하는 제2 도포 유닛을 포함하는, 패턴 제조 장치.
  11. 전달 부재 상에 제1 액체의 패턴을 제공하는 제공 유닛과;
    상기 제공 유닛에 의해 제공된 패턴에 분말 재료를 도포하는 제1 도포 유닛과;
    분말 재료의 유색 패턴이 형성되도록, 상기 제1 도포 유닛에 의해 도포된 제1 액체에 도포된 분말 재료에 제2 액체를 도포하는 제2 도포 유닛과;
    형성된 상기 유색 패턴으로부터 얻어지는 층을 제조 과정의 구조체로 전달하는 전달 유닛을 포함하는, 구조체 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 도포 유닛에 의한 상기 제1 액체의 패턴의 외부측의 분말 재료를 제거하는 제거 유닛을 더 포함하는, 구조체 제조 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제2 액체는 유색 잉크인, 구조체 제조 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 액체는, 상기 유색 잉크와 반응하여 상기 유색 잉크의 색상 성분에 정착 효과를 제공하는 반응 액체인, 구조체 제조 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2 도포 유닛은, 상기 분말 재료로 상기 제2 액체를 방출시키는 잉크젯 디바이스인, 구조체 제조 장치.
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