KR20160127623A

KR20160127623A - 이중 3d 성형물 제조방법

Info

Publication number: KR20160127623A
Application number: KR1020150155592A
Authority: KR
Inventors: 박진기
Original assignee: 박진기
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2016-11-04
Also published as: KR20150063326A

Abstract

본 발명의 목적은 제작비용이 비교적 저렴하고 성형 품질이 우수한 동시에 내부유니트의 위치설정이 용이한 이중 3D 성형물을 제조할 수 제조방법을 제공하는 것이다. 상기 목적은 본 발명에 따라 연결바아에 의해 상호 연결되는 내부성형물과 지지베이스를 갖는 내부유니트와, 상기 내부성형물을 둘러싸는 외부성형물의 형상에 대응하는 성형캐비티를 갖는 외부성형틀을 준비하는 단계와; 상기 내부유니트를 상기 성형캐비티 내에 수용 배치하는 단계와; 상기 성형캐비티 내에 외부성형 소재를 주입하여 상기 외부성형물을 형성하는 단계와; 상기 외부성형틀을 분리하는 단계와; 상기 지지베이스를 제거하는 단계를 포함하는 이중 3D 성형물 제조방법에 의해 달성된다.

Description

이중 3D 성형물 제조방법{METHOD FOR MAKING DUPLEX 3D PLASTIC}

본 발명은 이중 3D 성형물 제조방법에 관한 것이다.

이중성형물은 태아형상이나 얼굴형상 등의 내부성형물을 투명 수지로 된 외부성형물 내에 수용하여 장기간 보존하며 감상하기 위해 만들어진다. 이 이중성형물은 통상적으로 내부성형물을 3D프린팅 등의 방법으로 제작한 후 외부성형물용 성형틀에 재치하여 외부성형 투명수지를 주입하고 경화시켜 만들어진다.

그러나 종래의 이중성형물 제조방법은 내부성형물을 원하는 공간 위치에 정확히 배치하기 어려운 문제점이 있었다.

한편, 이중 3D 성형물의 제작을 위해 폴리젯(polyjet) 타입의 3D 프린터가 이용되는 경우가 있다. 폴리젯 타입 3D 프린터는 광경화성 수지로 된 재료를 분사하는 복수의 미세노즐과, 이 미세노즐을 이동시키는 이동수단을 가지고 내부유니트 및 이를 둘러싸는 외부성형물을 동시에 성형한다. 그러나 폴리젯 타입의 3D 프린터는 일반 3D 프린터에 비해 고가임에 따라 비용이 많이 소요되고, 광경화성 수지를 각 층마다 자외선으로 경화하는 과정을 반복함에 따라 층과 층 사이에 공기가 함유되어 성형 품질이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 제작비용이 비교적 저렴하고 성형 품질이 우수한 동시에 내부유니트의 위치설정이 용이한 이중 3D 성형물을 제조할 수 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 외부성형틀 내부에 배치된 내부유니트의 흔들림을 방지할 수 있는 이중 3D 성형물 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라 연결바아에 의해 상호 연결되는 내부성형물과 지지베이스를 갖는 내부유니트와, 상기 내부성형물을 둘러싸는 외부성형물의 형상에 대응하는 성형캐비티를 갖는 외부성형틀을 준비하는 단계와; 상기 내부유니트를 상기 성형캐비티 내에 수용 배치하는 단계와; 상기 성형캐비티 내에 외부성형 소재를 주입하여 상기 외부성형물을 형성하는 단계와; 상기 외부성형틀을 분리하는 단계와; 상기 지지베이스를 제거하는 단계를 포함하는 이중 3D 성형물 제조방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 내부유니트를 준비하는 단계는 상기 내부유니트에 관한 3D 프린팅 데이터를 구하는 단계와; 상기 내부유니트를 성형하는 단계를 포함하는 것이 제조하고자 하는 성형물을 비교적 정밀하게 모방할 수 있다.

한편, 상기 지지베이스와 상기 외부성형물이 상호 접촉되는 부분에는 상호 분리가 용이하도록 하는 이형재가 도포되는 것이 상기 지지베이스의 제거를 비교적 용이하게 한다.

여기서, 상기 내부유니트를 성형하는 단계는 판상의 상기 지지베이스를 마련하는 단계와; 상기 지지베이스의 표면에 접착층을 도포하는 단계와; 상기 내부성형물과 연결된 상기 연결바아를 상기 접착층에 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 지지베이스를 제거하는 단계는 상기 접착층을 용해시키는 용제를 적용하는 단계를 포함하는하는 것이 상기 지지베이스를 제거하기 용이하다.

또한, 상기 외부성형틀은 상기 지지베이스와 맞물려 상기 지지베이스를 구속하는 베이스물림부를 갖는 것이 상기 내부유니트의 흔들림을 방지할 수 있다.

그리고 상기 외부성형물을 형성하는 단계는 상기 외부성형 소재를 상기 성형캐비티에 주입하는 단계와; 상기 외부성형틀을 진공펌핑장치에 내재하여 상기 외부성형 소재로부터 발생되는 기포를 제거하는 단계를 포함하는 것이 상기 외부성형물에 기포가 형성되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 내부성형물은 태아이고, 상기 외부성형물은 임신모의 복부이며, 상기 연결바아는 상기 태아의 탯줄형상에 대응하도록 응용할 수 있다.

본 발명에 따른 이중 3D 성형물 제조방법은 제작비용이 비교적 저렴하고 성형 품질이 우수한 동시에 내부유니트의 위치설정이 용이하며, 외부성형틀이 내부유니트의 지지베이스를 구속하는 베이스물림부를 갖는 경우 외부성형틀 내부에 배치된 내부유니트의 흔들림을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이중 3D 성형물 제조방법을 순차적으로 나타낸 개념도이고,
도 2는 본 발명에 따른 이중 3D 성형물 제조방법의 순서도이고,
도 3 및 도 4는 임신부의 복부에 대한 컴퓨터 단층 촬영으로 얻어진 수직 단층 촬영 이미지 및 수평 단층 촬영 이미지를 각각 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 내부유니트를 나타낸 측면도이고,
도 6 (A), (B)는 지지베이스의 제거 단계를 나타낸 개념도이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부유니트를 나타낸 개념도이며,
도 8 (A) 내지 (F)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지베이스를 제거하는 단계를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1은 본 발명에 따른 이중 3D 성형물 제조방법을 순차적으로 나타낸 개념도이며, 도 2는 본 발명에 따른 이중 3D 성형물 제조방법의 순서도이다. 도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 이중 3D 성형물 제조방법은 먼저 연결바아(120)에 의해 상호 연결되는 내부성형물(110)과 지지베이스(130)를 갖는 내부유니트(100)와, 내부성형물(110)을 둘러싸는 외부성형물(300)의 형상에 대응하는 성형캐비티(210)를 갖는 외부성형틀(200)을 준비한다.

여기서, 내부유니트(100) 및 외부성형틀(200)을 준비하는 단계는 내부유니트(100) 및 외부성형틀(200)에 관한 3D 프린팅 데이터를 구하는 단계(S11, S13)와, 내부유니트(100) 및 외부성형틀(200)을 개별적으로 성형하는 단계(S12, S14)를 포함한다.

내부유니트(100) 및 외부성형틀(200)에 관한 3D 프린팅 데이터를 구하는 단계(S11, S13)는 X선을 이용한 CT촬영장치, RI, 양전자 방출을 이용한 방사형 CT촬영장치, 핵자기 공명을 이용한 NMRT CT촬영장치, 중입자선 CT촬영장치 및 초음파 CT촬영장치 등과 같은 컴퓨터 단층 촬영장치들 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 컴퓨터 단층 촬영장치는 임신부의 복부를 미리 설정된 수직간격 및 수평 간격마다 촬영하여 임신부의 복부에 대한 수직 및 수평 단층 이미지를 얻는다.

도 3 및 도 4는 임신부의 복부에 대한 컴퓨터 단층 촬영으로 얻어진 수직 단층 촬영 이미지(500) 및 수평 단층 촬영 이미지(600)를 각각 나타낸 도면이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 수직 단층 촬영 이미지(500)는 상단에 해당하는 상측단부(510)와, 골반의 하단에 해당하는 하측단부(520), 좌단에 해당하는 좌측단부(530) 및 우단에 해당하는 우측단부(540)로 이루어진 사각프레임으로 이루어진다. 도 4에서와 같이, 수평 단층 촬영 이미지(600)도 상하좌우 단부로 이루어진 사각프레임으로 이루어진다.

이렇게 컴퓨터 단층 촬영장치에 의해 구해진 다수의 수직 및 수평 단층 촬영 이미지(500, 600)는 컴퓨터 프로그램에 의해 분석되어 3D 프린팅 데이터로 추출된다. 여기서, 3D 프린팅 데이터를 생성하는 컴퓨터 프로그램은 다수의 수직 및 수평 단층 촬영 이미지(500, 600)에 공통으로 적용되는 소정의 기준좌표(Z1)를 이용하여 태아의 임신부 복부 내부에 대한 정확한 공간상 위치정보를 갖는 3D 프린팅 데이터를 추출한다. 그리고 컴퓨터 프로그램은 이 기준좌표(Z1)와 하측단부(520) 간의 거리(R) 및 기준좌표(Z1)와 태아의 하단부에 해당하는 하단좌표(Z2) 간의 거리(M)를 측정하고, 이들 차이에 해당하는 하단좌표(Z2)와 하측단부(520) 간의 거리(L2)를 산출한다.

컴퓨터 프로그램에 의해 추출된 내부유니트(100) 및 외부성형틀(200)에 대한 3D 프린팅 데이터는 별도의 3D 프린터에 의해 성형된다(S12, S14). 성형된 내부유니트(100)는 일차적으로 알코올로 세척된 후 표면이 매끄럽게 연마되는 것이 바람직하다. 외부성형틀(200)은 내부성형물(110)을 둘러싸는 외부성형물(300)의 형상에 대응하는 성형캐비티(210)를 갖는다. 외부성형틀(200)은 상부에서 성형캐비티(210)와 연통되는 외부성형 소재 주입부를 갖는다. 외부성형틀(200)은 지지베이스(130)를 구속하기 위해, 성형캐비티(210)의 하부에 마련되는 베이스 물림부(230)를 갖는다. 지지베이스(130)는 비원형상으로 마련되며, 베이스물림부(230)는 지지베이스(130)의 단면형상에 대응하게 형성된다. 외부성형틀(200)은 복수 개로 구분되어 상호 결합 가능하도록 개별적으로 성형되는 것이 바람직하다. 외부성형틀(200)은 단일개체로 마련될 수도 있다. 3D 프린터는 FDM(Fused Deposition Modeling) 또는 DLP 원리의 3D 프린터인 것이 바람직하다. 3D 프린터는 SLA(Stereo-lithography) 또는 SLS(Selective Lasr Sintering)와 같은 원리의 3D 프린터를 이용할 수도 있다. 한편, 외부성형틀(200)은 3D 프린팅 데이터에 의해 개별적으로 성형되지 않고, 규격화되어 미리 준비될 수도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 내부유니트(100)를 나타낸 측면도이다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 내부유니트(100)는 태아의 몸체에 해당하는 내부성형물(110)과, 내부성형물(110)의 하측에 배치되는 판상의 지지베이스(130) 및 내부성형물(110)과 지지베이스(130)를 상호 연결하는 연결바아(120)로 이루어진다. 여기서, 지지베이스(130)와 연결바아(120)는 태아의 임신부 복부 내의 공간상 위치를 지정하는 역할을 한다. 즉, 지지베이스(130)와 연결바아(120)가 이루는 수직방향 길이(L1)는 하단좌표(Z2)와 하측단부(520) 간의 거리(L2)에 대응한다. 그리고 내부유니트(100)는 3D 프린터에 의해 내부성형물(110), 연결바아(120) 및 지지베이스(130)가 일체로 성형되는 것이 바람직하다.

내부유니트(100)와 외부성형틀(200)이 준비되면, 내부유니트(100)가 성형캐비티(210) 내에 수용되도록 내부유니트(100)와 외부성형틀(200)을 배치한다(S2). 여기서, 지지베이스(130)는 성형캐비티(210)의 하부에 형성된 베이스물림부(230)에 구속되도록 배치된다.

내부유니트(100)와 외부성형틀(200)이 배치되면, 추후 외부성형틀(200)로부터 내부유니트(100) 및 외부성형물(300)을 용이하게 분리하기 위해, 성형캐비티(210)의 내면과 지지베이스(130)의 표면에 이형제를 도포한다. 그리고 별도의 성형소재 주입장치(350)를 통해 성형캐비티(210)에 외부성형 소재(310)를 주입하여 외부성형물(300)을 형성한다(S3). 여기서, 외부성형물(300)을 형성하는 단계는 외부성형 소재(310)를 성형캐비티(210)에 일부량 주입하는 단계와, 외부성형틀(200)을 진공펌핑장치(400)에 내재하여 외부성형 소재(310)로부터 발생되는 기포를 제거하는 단계를 포함한다. 이를 통해, 내부유니트(100)가 성형캐비티(210) 내에 견고하게 고정되도록 하는 동시에 일부 주입된 외부성형 소재(310)로부터 발생하는 기포를 제거할 수 있다.

그리고 외부성형물(300)을 형성하는 단계는 외부성형틀(200)을 진공펌핑장치(400)로부터 인출한 후 성형소재 주입장치(350)를 통해 성형캐비티(210)에 나머지 외부성형 소재(310)를 주입하는 단계와, 외부성형틀(200)을 진공펌핑장치(400)에 내재하여 외부성형 소재(310)로부터 발생되는 기포를 제거하는 단계를 포함한다. 이때, 나머지 외부성형 소재(310)는 이전에 주입되어 부분적으로 경화된 외부성형 소재(310)와의 사이에 층이 발생되는 것을 방지하기 위해, 경화지연제를 포함한다. 외부성형 소재(310)는 투명 크리스탈 우레탄 레진, 실리콘, 폴리우레탄, 에폭시 및 왁스 등 다양한 재료 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다. 외부성형 소재(310)는 투명한 소재인 것이 바람직하다. 외부성형 소재(310)는 청색, 분홍색, 하늘색 등 다양한 색상의 분말을 혼합 성형할 수도 있다. 외부성형 소재(310)는 한 번에 전량 투입될 수도 있다.

외부성형물(300)이 형성되면, 내부유니트(100)가 내재된 외부성형물(300)을 외부성형틀(200)로부터 분리한다(S4). 이때, 분리한 외부성형물(300)의 표면을 샌드페이퍼를 이용하여 연마하는 것이 바람직하다.

도 6 (A), (B)는 지지베이스(130)의 제거 단계를 나타낸 개념도이다. 내부유니트(100)가 내재된 외부성형물(300)이 분리되면, 외부성형물(300)의 하부에 배치되는 지지베이스(130)를 절단하여 제거한다(S5).

지지베이스(130)가 제거되면, 별도의 코팅장치를 통해 외부성형물의 표면에 폴리우레탄을 코팅하고 경화하는 과정을 복수 회 반복 수행한다. 이를 통해, 외부성형물(300)의 표면에 대한 흠집을 비교적 최소화할 수 있고, 내부투명도를 향상할 수 있다.

외부성형물(300) 표면에 대한 코팅이 완료되면, 별도의 초음파 세척장치를 통해 초음파 세척을 실시한다. 이에 따라, 외부성형물(300) 표면에 붙어있는 이물질 및 먼지를 깨끗이 제거할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부유니트(100a)를 나타낸 개념도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내부유니트(100a)는 태아에 해당하는 내부성형물(110a)과, 지지베이스(130a) 및 내부성형물(110a)과 지지베이스(130a)를 상호 연결하는 탯줄 형상의 연결바아(120a)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 임신부의 복부에 해당하는 외부성형물(300a) 및 내부유니트(100)를 180도 회전된 상태로 성형하는 것이 바람직하다.

도 8 (A) 내지 (F)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지베이스(130b)를 제거하는 단계를 설명하기 위한 개념도이다. 도 8 (A) 및 (B)에서와 같이, 내부유니트를 성형하는 단계는 판상의 지지베이스(130b)를 마련하는 단계와, 지지베이스(130b)의 표면에 접착층(150b)을 도포하는 단계 및 내부성형물과 연결된 연결바아(120b)를 접착층에 접촉시키는 단계를 포함한다. 이때, 지지베이스(130b)는 수직방향으로 관통된 관통홀(131b)을 가지고, 접착층(150b)은 관통홀(131b)의 연부에 도포되며, 연결바아(120b)는 하단부에서 반경방향 외측으로 확장된 플랜지부(121b)를 갖는다. 플랜지부(121b)는 접착층(150b)에 접촉되는 면적을 확장할 수 있다.

그리고 내부유니트를 외부성형틀의 성형캐비티 내에 배치한 후 도 8 (C)와 같이, 지지베이스(130b)의 표면에 이형제층(320b)을 도포한다. 지지베이스(130b)에 이형제층(320b)을 도포한 후 내부유니트를 외부성형틀의 성형캐비티 내에 배치할 수도 있다.

다음으로, 도 8 (D)에서와 같이, 성형캐비티 내에 외부성형 소재를 주입하여 외부성형물(300b)을 형성한다. 그리고 외부성형틀로부터 외부성형물 및 내부유니트를 분리한다.

그리고 지지베이스(130b)를 제거하기 위해, 도 8 (E)와 같이 관통홀(131b)을 통해 접착층(150b)을 용해시키는 용제(600b)가 침투되도록 지지베이스(130b)를 용제(600b)에 침지한다. 한편, 관통홀(131b) 내부에 용제(600b)를 분사하여 접착층을 용해시킬 수도 있다. 이렇게 용제(600b)를 이용하여 연결바아(120b)와 지지베이스(130b) 간 상호 접착력을 약화시키고, 도 8 (F)와 같이 비교적 적은 힘으로 지지베이스(130b)를 연결바아(120b) 및 외부성형물(300b)로부터 이탈시킬 수 있다.

한편, 내부유니트(100)와 이를 둘러싸는 외부성형물(300)은 태아 및 임신부의 복부가 아닌 다른 대상물로 변경 가능하다.

Claims

이중 3D 성형물 제조방법에 있어서,
연결바아에 의해 상호 연결되는 내부성형물과 지지베이스를 갖는 내부유니트와, 상기 내부성형물을 둘러싸는 외부성형물의 형상에 대응하는 성형캐비티를 갖는 외부성형틀을 준비하는 단계와;
상기 내부유니트를 상기 성형캐비티 내에 수용 배치하는 단계와;
상기 성형캐비티 내에 외부성형 소재를 주입하여 상기 외부성형물을 형성하는 단계와;
상기 외부성형틀을 분리하는 단계와;
상기 지지베이스를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 3D 성형물 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 내부유니트를 준비하는 단계는,
상기 내부유니트에 관한 3D 프린팅 데이터를 구하는 단계와;
상기 내부유니트를 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 3D 성형물 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 지지베이스와 상기 외부성형물이 상호 접촉되는 부분에는 상호 분리가 용이하도록 하는 이형재가 도포되는 것을 특징으로 하는 이중 3D 성형물 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 내부유니트를 성형하는 단계는,
판상의 상기 지지베이스를 마련하는 단계와;
상기 지지베이스의 표면에 접착층을 도포하는 단계와;
상기 내부성형물과 연결된 상기 연결바아를 상기 접착층에 접촉시키는 단계를 포함하며,
상기 지지베이스를 제거하는 단계는,
상기 접착층을 용해시키는 용제를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 3D 성형물 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 외부성형틀은 상기 지지베이스와 맞물려 상기 지지베이스를 구속하는 베이스물림부를 갖는 것을 특징으로 하는 이중 3D 성형물 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 외부성형물을 형성하는 단계는,
상기 외부성형 소재를 상기 성형캐비티에 주입하는 단계와;
상기 외부성형틀을 진공펌핑장치에 내재하여 상기 외부성형 소재로부터 발생되는 기포를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 3D 성형물 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 내부성형물은 태아이고, 상기 외부성형물은 임신모의 복부이며,
상기 연결바아는 상기 태아의 탯줄형상에 대응하는 것을 특징으로 하는 이중 3D 성형물 제조방법.