KR20170010290A

KR20170010290A - 세라믹 3차원 프린팅 장치 및 3차원 프린팅 방법

Info

Publication number: KR20170010290A
Application number: KR1020150139339A
Authority: KR
Inventors: 윤희숙
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2017-01-26
Also published as: EP3322582A4; US20180117790A1; CN107810094A; US11192277B2; EP3322582B1; EP3322582A1; KR101754771B1

Abstract

본 발명은프린팅 재료를 투명 필름 상에 공급하여 경화시키는 세라믹3차원 프린팅 장치 및 3차원 프린팅 방법에 관한 것으로,
본 발명에 따른 세라믹 3차원 프린팅 장치는,
투명 필름을 공급하는 필름 공급부; 상기 필름 공급부에 의해 공급된 투명 필름 상에 프린팅 재료를 공급하는 재료 공급부; 상기 투명 필름 상에 공급된 프린팅 재료를 기설정된 형상으로 경화하는 광 경화부; 및, 상기 광 경화부에 의해 프린팅 재료가 경화된 후, 사용 후 투명 필름과 잔존하는 프린팅 재료를 회수하는 필름 회수부를 포함한다.

Description

세라믹 3차원 프린팅 장치 및 3차원 프린팅 방법{3D ceramic printer and a method using the same}

본 발명은 세라믹 3차원 프린팅 장치 및 3차원 프린팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프린팅 재료를 투명 필름 상에 공급하여 경화시키는 세라믹 3차원 프린팅 장치 및 3차원 프린팅 방법에 관한 것이다.

일반적으로 3차원 프린터는 인쇄재료를 2차원 프린터와 같이 평면으로 출력한 뒤 이를 적층함으로써 3차원 형상을 구현하는 장치를 의미한다.

3차원 프린터는 상품을 시장에 내놓기 전에 값싸고 성형하기 쉬운 재료로 외형이 동일한 시제품을 제작함으로써 실제 상품에 어떤 문제점이 있는지 검출하기 위하여 주로 이용되었다. 최근에는 3차원 프린터는 디지털화된 도면 정보를 바탕으로 3차원 형상을 단시간 내에 제작할 수 특성상 그 이용분야가 점차 늘고 있으며, 특히, 정밀부품 및 고강도 세라믹을 제조하는데 3D프린터를 이용하고 있다.

정밀부품 및 고강도 세라믹을 3D프린터를 이용하여 제조하기 위해서는 대부분 DLP나 SLA와 같은 광경화방식이 적용된다.(도 1 참조) 하지만 광경화 방식을 세라믹 프린팅에 적용하는 경우 현재까지는 DLP와 SLA 방식 모두 광경화제에 세라믹 분말이 분산되어 있는 슬러리나 패이스트를 프린팅 베드 혹은 탱크에 모두 넣고 한층씩 z축의 스테이지를 내리거나 올린 후 빛을 조사하여 경화하는 방식으로 무기물 충진률이 높아질수록 프린팅 슬러리나 패이스트의 유동성이 떨어져 일정한 두께의 평평한 면을 만들어 내기가 어려워 물리적으로 슬러리나 패이스트가 담겨있는 용기를 회전시키거나 용기 위를 블레이드를 이용해서 긁어주는 방식이 적용되고 있다.

하지만 두 가지 경우 모두 슬러리나 패이스트가 모두 담겨져 있는 탱크형태를 이용하므로 무기물 충진율이 높아짐에 따라 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 일정한 두께의 매끄러운 표면의 프린팅 레이어 그린바디를 공급하기 어렵다.

둘째, 프린팅 레이어 그린바디 한층의 두께를 정밀하게 제어하기 어렵다.

셋째, 광 경화시 입자에 의한 빛의 산란 때문에 광경화가 어려워 조사시간이 길어짐에 따라, 프린팅 레이어 그린바디 한층의 두께를 원하는 두께로 얇게 조절하는 것이 용이치 않다.

넷째, 조사시간이 길어지거나 조사량이 많을 경우 빛의 산란에 의하여 의도하지 않은 부분에도 부분적 경화나 경화액의 변성이 발생하여 최종 프린팅 제품의 품질이 일정하지 않다.

다섯째, 프린팅 레이어 그린바디를 한층 조형한 후, 조형 스테이지를 분리하고, 슬러리 및 패이스트의 재공급하고, 면 고르기를 하는 등의 모든 공정을 충분한 시간을 두고 진행해야 하므로 프린팅 속도가 늦어진다.

여섯째, 프린팅 슬러리 혹은 패이스트 배드를 사용하므로 한가지 재료만을 이용하여 조형이 가능하며 여러 가지 소재의 조합은 불가능하다.

대한민국 공개특허 제 10-2014-0146689호에서는 다양한 3D 프린팅 공정에 부합하도록 배열 및 디자인된 자외선 발광 다이오드를 이용한 경화 장치를 개발하였으나, 한층 조형에 필요한 그린바디 한층 씩을 매번 새로이 공급할 수 있도록 필요한 적층 두께의 슬러리 혹은 패이스트를 필름 위에서 균일하고 연속적으로 공급하여, 3차원 프린팅하는 기술은 개시하고 있지 않다.

대한민국 공개특허 제 10-2014-0140782호에서는 렌즈를 이용하여 광의 면적을 조절하며, 스테이지를 마련하여 반사부를 이동시키거나 인쇄부를 이동시킴으로써 대면적 3차원 형상을 프린팅 할 수 있는 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법을 개발하였으나, 한층 조형에 필요한 그린바디 한층 씩을 매번 새로이 공급할 수 있도록 필요한 적층 두께의 슬러리 혹은 패이스트를 필름 위에서 균일하고 연속적으로 공급하여, 3차원 프린팅하는 기술은 개시하고 있지 않다.

대한민국 공개특허 제 10-2014-0146689호 대한민국 공개특허 제 10-2014-0140782호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 슬러리나 패이스트 탱크에서 재료를 한번에 공급하지 않고 광조형을 위한 빛의 투과를 방해하지 않으면서 조형 후 조형물이 쉽게 분리되는 투명 필름을 프린팅 재료 공급에 사용하여 한층 조형에 필요한 그린바디 한층 씩을 매번 새로이 공급할 수 있도록 필요한 적층 두께의 슬러리 혹은 패이스트를 필름 위에서 균일하고 연속적으로 공급하여, 3차원 프린팅할 수 있는 세라믹 3차원 프린팅 장치 및 3차원 프린팅 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 해결하기 위해,

본 발명에 따른 세라믹 3차원 프린팅 장치는,

투명 필름을 공급하는 필름 공급부; 상기 필름 공급부에 의해 공급된 투명 필름 상에 프린팅 재료를 공급하는 재료 공급부; 상기 투명 필름 상에 공급된 프린팅 재료를 기설정된 형상으로 경화하는 광 경화부; 및, 상기 광 경화부에 의해 프린팅 재료가 경화된 후, 사용 후 투명 필름과 잔존하는 프린팅 재료를 회수하는 필름 회수부를 포함한다.

또한, 상기 필름 공급부는, 투명 필름이 권취되는 적어도 하나 이상의 롤 부재와, 상기 롤 부재를 구동시키는 모터와, 상기 롤 부재의 높이를 조절하는 높이 조절부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 투명 필름 상에 공급된 프린팅 재료의 두께를 조절하는 적어도 하나 이상의 블레이드를 포함할 수 있다.

또한, 상기 재료 공급부는, 혼합용 스크류가 장착된 실린지 타입과, 혼합용 교반기가 장착된 압출용기 타입과 상기 필름 공급부에 권취된 투명 필름의 회전시 상기 투명 필름 상에 프린팅 재료를 면 도포하는 슬러리 공급판 타입 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 실린지 타입의 재료 공급부는, 프린팅 재료를 내부에 수용하는 실린더와, 상기 실린더 내부에 장착되는 혼합용 스크류와, 상기 프린팅 재료를 상기 투명 필름 상에 압출하는 압출 주사기와, 상기 압출 주사기의 상하 운동을 야기하는 유압 모터를 포함한다.

또한, 상기 압출용기 타입의 재료 공급부는, 상기 프린팅 재료를 내부에 수용하는 케이스와, 상기 케이스 내부에 형성되며 상기 프린팅 재료를 교반하는 교반기와, 상기 프린팅 재료를 상기 투명 필름 상에 배출하는 배출구와, 압출 압력을 조절하는 압력조절 모터를 포함한다.

또한, 상기 광 경화부로 상기 투명 필름이 공급되기 전에, 상기 투명 필름 상의 프린팅 재료를 일정한 온도로 유지시키는 온도 조절 플레이트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 광 경화부는, 광 조사 유닛과, 상기 프린팅 재료가 공급된 투명 필름이 안치되는 제1 조형 스테이지와, 상기 투명 필름 상의 프린팅 재료와 밀착되는 제2 조형 스테이지를 포함한다.

또한, 상기 제1 조형 스테이지는 상기 투명 필름을 평평하게 밀착 유지되도록 하는 감압홀을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 조형 스테이지의 일 측단에는 경화 완료된 프린팅 재료와 상기 투명 필름이 분리될 수 있도록 경사면 또는 경사홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 필름 회수부는, 상기 사용 후 투명 필름이 권취되는 적어도 하나 이상의 회수용 롤 부재와, 상기 회수용 롤 부재를 구동시키는 모터를 포함한다.

본 발명에 따른 3차원 프린팅 방법은,

투명 필름을 공급하는 단계; 상기 투명 필름 상에 프린팅 재료를 공급하는 단계; 상기 공급된 프린팅 재료의 두께를 조절하는 단계; 상기 두께가 조절된 프린팅 재료를 기설정된 형상으로 경화시키는 단계; 및, 경화된 프린팅 재료와 상기 투명 필름을 분리하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 투명 필름 상에 프린팅 재료를 공급하는 단계는, 적어도 2 이상의 프린팅 재료를 공급할 수 있다.

또한, 상기 공급된 프린팅 재료의 두께를 조절하는 단계 이후에, 상기 프린팅 재료의 온도를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 경화된 프린팅 재료와 상기 투명 필름을 분리하는 단계 이후에, 잔존하는 프린팅 재료와 사용 후 투명 필름을 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 세라믹 3차원 프린팅 장치 및 3차원 프린팅 방법에 의하면,

무기물 충진률이 높은 재료를 포함하는 다양한 재료의 적용이 가능하며, 정밀한 적층 두께 제어가 가능하고, 한층 한층 균일한 두께로 조형물을 형성할 수 있어서 최종 프린팅 제품(3D프린팅 구조체)의 결함율을 낮출 수 있다.

또한, 조형 스테이지에서의 광 조사에 의한 조형 작업 중에 재료 공급부에서는 프린팅 재료를 공급하는 연속구동 방식으로 구현할 수 있어서 조형 시간을 크게 단축시킬 수 있다.

또한, 한 층에 필요한 양만큼만 재료가 공급되므로 기존 재료 탱크를 사용하는 방법에서 문제시되는 빛의 세기나 산란에 의한 정밀도의 저하나 주변 슬러리의 경화, 변성 등의 문제를 해결할 수 있다.

또한, 매번 새로운 필름 위에 재료가 공급될 수 있으므로 필요에 따라 복수의 공급용기를 사용하여 두 가지 혹은 그 이상의 재료를 복합적으로 사용하여 다양한 성능의 구조물을 제조할 수 있다.

또한, 조형 후 새로운 재료가 올려진 필름을 공급하고자 필름을 이동할 때에 조형에 사용되고 남은 슬러리는 일정 각도로 필름에 밀착된 블레이드를 사용하는 것으로써 필요에 의해서 회수, 재활용할 수 있으며 사용이 끝난 필름은 필름 회수롤을 이용하여 회수, 수거할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 3D 프린팅 장치의 재료 공급 방식이 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치가 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 장치가 도시된 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 장치가 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 재료 공급부들이 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법이 도시된 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치가 도시된 도면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 장치가 도시된 도면이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 장치가 도시된 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 재료 공급부들이 도시된 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치는, 필름 공급부(10)와, 재료 공급부(20)와, 광 경화부(30)와, 필름 회수부(40)를 포함한다.

상기 필름 공급부(10 : 11 ~ 15)는 투명 필름(P)이 권취되는 적어도 하나 이상의 롤 부재(11, 12, 13, 14)와, 상기 롤 부재를 구동시키는 모터(미도시)를 포함한다. 또한, 상기 롤 부재의 높이를 정밀하게 조절하는 높이 조절부재(15)를 포함할 수 있다.

롤 부재들(11, 12, 13, 14)은 권치된 투명 필름을 평평하게 유지하면서, 투명 필름이 재료 공급부(20)로 공급되도록 한다. 이때, 높이 조절부재(15)는 투명 필름이 공급되는 높이 방향(z축 방향) 위치를 조절한다.

한편, 상기 투명 필름(P)은 투명 필름 상에 공급될 프린팅 재료를 약한 결합력으로 안치하고, 조형 작업 후, 용이하게 분리될 수 있도록 표면 에너지가 낮은 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 투명 필름의 재료로, 예를 들어 polyethylene, teflon, 실리콘, 초산 cellulose일 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.

상기 재료 공급부(20 : 20a, 20b, 20c, 도 5 참조)는 필름 공급부(10)에 의해 공급된 투명 필름(P) 상에 프린팅 재료를 공급한다. 이 때, 프린팅 재료는 바람직하게 세라믹일 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.

상기 재료 공급부(20)는, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 슬러리, 패이스트 등의 프린팅 재료를 원통 형상의 실린더(21) 내부에 수용하여 외부 공기와의 접촉을 방지하고, 프린팅 재료의 내부에서 발생할 수 있는 내부 공기를 제거하는 혼합용 스크류(22)가 장착되고, 프린팅 재료를 투명 필름 상에 압출하는 압출 주사기(23), 압출 주사기의 상하 운동을 야기하는 유압 모터(24)를 포함하는 실린지 타입(20a)으로 형성될 수 있다. 이 때, 실린지 타입(20a)의 재료 공급부(20)는 적어도 하나 이상일 수 있으며, 연속구동 방식으로 프린팅 재료를 공급하여 조형 시간을 크게 단축시킬 수 있다.

한편, 다른 실시예로 상기 재료 공급부(20)는, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 슬러리, 패이스트 등의 프린팅 재료를 내부에 수용하는 케이스(25)와, 케이스 내부에 형성되며 프린팅 재료를 교반하는 교반기(26)와, 프린팅 재료를 투명 필름 상에 배출하는 배출구(28)와, 압출 압력을 조절하는 압력조절 모터(27)를 포함하는 압출용기 타입(20b)으로 형성될 수 있다.

한편, 또 다른 실시예로 상기 재료 공급부(20)는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 롤 부재가 회전하면서 균일하게 면방향으로 도포되도록, 롤 부재의 회전면에 근접 설치된 슬러리 공급판(29)을 포함하는 슬러리 공급판 타입(20c)으로 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 실린지 타입은 투명 필름 상에 프린팅 재료를 선 형상으로 공급하는 데 적합하고, 도 3에 도시된 압출용기 타입은 프린팅 재료를 면 형상으로 공급하는 데 적합하며, 도 4에 도시된 슬러리 공급판 타입은 프린팅 재료를 면 형상으로 공급하는 데 적합하다. 슬러리 공급판 타입은 별도의 교반기가 필요없으므로, 프린팅 장치의 구조를 보다 간단하게 만들 수 있다.

재료 공급부(20)는 필요한 프린팅 재료의 양, 프린팅 재료의 농도 및 점도 등의 물성을 조절하여 투명 필름 상에 프린팅 재료를 공급한다. 재료 공급부(20)에서 프린팅 재료가 공급되는 동안, 제1 이동 스테이지(50)는 투명 필름을 제1 조형 스테이지(32)로 이동시킨다.

한편, 재료 공급부(20)는 공급된 프린팅 재료의 두께를 조절하기 위해 적어도 하나 이상의 블레이드(B1, B2)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 제1 블레이드(B1)는 투명 필름 상에 공급된 프린팅 재료를 1차로 평평하게 처리하는 블레이드일 수 있으며, 제2 블레이드(B2)는 평평하게 처리된 프린팅 재료의 두께를 정밀하게 조절하는 블레이드일 수 있다. 이러한 블레이드들(B1, B2)의 높이를 정밀하게 조절하기 위한 블레이드 높이 조절부재(B3)를 더 포함할 수 있다.

제1 이동 스테이지(50)가 투명 필름을 제1 조형 스테이지(32)로 이동시키는 동안 제1 및 제2 블레이드(B1, B2)는 블레이드 높이 조절부재(B3)에 의해 높이가 조절되면서 투명 필름의 두께를 조절한다. 도면에서 예시적으로 2개의 블레이드를 도시하였을 뿐, 본 발명이 반드시 2개의 블레이드를 구비하는 것을 의미하는 것은 아니다.

제1 이동 스테이지(50)에는 프린팅 재료가 공급된 투명 필름이 광 경화부(30)로 공급되기 전에, 투명 필름 상의 프린팅 재료를 일정한 온도로 유지시키는 온도 조절 플레이트(51)가 형성될 수 있다.

상기 광 경화부(30)는, 광 조사 유닛(31)과, 제1 조형 스테이지(32)와, 제2 조형 스테이지(33)를 포함한다.

제1 조형 스테이지(32)에는 온도 조절 플레이트(50)를 통해 프린팅 재료가 일정한 온도로 유지된 투명 필름이 안치된다.

광 조사 유닛(31)은 제1 조형 스테이지(32) 상에 안치된 투명 필름에 광을 조사한다. 광 조사 유닛(31)에서의 광이 투명 필름에 조사되도록 제1 조형 스테이지(32)는 투명한 재질로 이루어진다.

제2 조형 스테이지(33)는 스테이지 구동부(34)에 의해 하강하여 제1 조형 스테이지(32) 상에 안치된 투명 필름 상의 프린팅 재료와 밀착되도록 거리가 조절되며, 광 조형 원리를 이용하여 시간과 광파장, 광세기 등의 조건을 제어하여 미리 프로그램한 형상으로 한층씩 형상 제어하면서 프린팅 재료를 경화시킨다.

이때, 제1 조형 스테이지(32)의 적어도 일측 모서리에 형성된 감압홀(35)을 통해 투명 필름이 제1 조형 스테이지(32)에 평평하게 밀착 유지되도록 할 수 있다.

한편, 제2 조형 스테이지(33)에 의해 경화 완료된 프린팅 재료와 투명 필름이 잘 분리될 수 있도록, 제1 조형 스테이지(32)의 일 측단에는 경사면(36)이 형성될 수 있다.

경사면(36)이 형성된 제1 조형 스테이지(32)의 일 측단은 제2 이동 스테이지(60)와 연결되고, 제2 이동 스테이지(60)에 의해 이동된 투명 필름은 필름 회수부(40)에 의해 회수된다.

필름 회수부(40)는 프린팅 작업이 완료된 투명 필름이 권취되는 적어도 하나 이상의 회수용 롤 부재(41)와, 회수용 롤 부재(41)를 구동시키는 모터(미도시)를 포함한다. 또한, 투명 필름에 일정한 장력이 작용되도록 하는 무게 추(42)를 포함한다.

한편, 제2 이동 스테이지(60)의 끝단에는 프린팅 재료 회수 용기(61)가 형성될 수 있다. 또한, 프린팅 재료 회수 용기의 높이를 조절하는 회수 용기 높이 조절부재(62)를 더 포함할 수 있다.

프린팅 재료 회수 용기(61)에 의해 경화되지 않고 투명 필름 상에 잔존하는 프린팅 재료가 회수된다. 프린팅 재료 회수 용기(61)는 높낮이가 조절되는 끌판을 구비하며, 필름 회수부(40)에 의해 회수되는 투명 필름에 끌판을 정밀하게 접촉시켜서 잔존하는 프린팅 재료를 회수한다.

다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법을 설명한다.

전체적으로 필름 공급부(10)에서 투명 필름(P)을 공급하고, 공급된 투명 필름 상에 프린팅 재료를 공급하고, 제1 및 제2 조형 스테이지(32, 33)에서 미리 프로그래밍된 형상으로 프린팅 재료를 경화하고, 필름 회수부(40)에서 사용 후 필름 및 잔존하는 프린팅 재료를 회수한다. 이 과정에서 제1 및 제2 이동 스테이지(50, 60)가 투명 필름을 이동시키고, 투명 필름에 일정한 장력을 주기 위해 무게추(42)를 이용한다. 이를 아래에서 상세히 설명한다.

먼저, 투명 필름을 공급한다. (S10)

롤 부재(11~14)를 구동시키는 모터를 작동시켜서 롤 부재에 권취된 투명 필름을 제1 이동 스테이지(50)로 공급한다. 보다 상세하게, 롤 부재들(11~14)은 권치된 투명 필름을 평평하게 유지하면서, 투명 필름이 재료 공급부(20)로 공급되도록 한다. 이 때, 높이 조절부재(15)를 이용하여 투명 필름이 공급되는 높이 방향(z축 방향) 위치를 조절할 수 있다.

다음으로, 투명 필름 상에 프린팅 재료를 공급한다. (S20)

다양한 타입 중 적어도 어느 한 타입의 재료 공급부(20)를 이용하여 제1 이동 스테이지(50)로 공급된 투명 필름 상에 프린팅 재료를 압출 또는 도포한다. 이때, 프린팅 재료 공급 단계는 후술하는 광 경화 단계(S40)에서 소요되는 시간을 고려하여 광 경화에 소요되는 시간과 프린팅 재료 공급 시간이 실질적으로 동일하도록 프린팅 재료의 공급량, 공급 속도, 공급 재료의 농도 및 점도 등의 물성을 조절한다. 이렇게 하면 프린팅 재료의 공급 과정과 프린팅 재료의 경화 과정이 동시에 수행될 수 있고, 그 결과, 최종 프린팅 제품 제조 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다.

다음으로, 투명 필름 상에 공급된 프린팅 재료의 두께를 조절한다. (S30)

원하는 두께가 되도록 적어도 하나 이상의 블레이드(B1, B2)의 높이를 조절하여 프린팅 재료의 두께를 조절한다. 다수의 블레이드를 사용하는 경우, 각각의 블레이드의 높이에 차등을 두어 단계적으로 보다 정밀한 두께 제어가 가능하도록 할 수 있다.

보다 상세하게, 투명 필름 상에 공급된 프린팅 재료는 제1블레이드(B1)를 이용하여 1차로 평평하게 처리될 수 있고, 평평하게 처리된 프린팅 재료의 두께는 제2블레이드(B2)를 이용하여 정밀하게 조절될 수 있다.

또한, 재료 공급부(20)의 타입에 따라 블레이드의 높이를 제어할 수 있다. 또한, 프린팅 재료의 두께 조절과 동시에 또는 그 전후로 프린팅 재료를 일정한 온도로 유지시켜서 후속하는 경화 단계에 최적화시킬 수 있다.

다음으로, 프린팅 재료를 기설정된 형상으로 경화시킨다. (S40)

두께가 조절된 프린팅 재료가 형성된 투명 필름을 제1 조형 스테이지(32)로 이동시킨 후, 제2 조형 스테이지(33)를 하강시켜서 투명 필름 상의 프린팅 재료와 밀착되도록 거리를 조절하고, 광 조형 원리를 이용하여 시간과 광파장, 광세기 등의 조건을 제어하여 미리 프로그램한 형상으로 한층씩 형상 제어하면서 경화시킨다. 이때, 제1 조형 스테이지(32)에 형성된 감압홀(35)을 통해 투명 필름이 제1 조형 스테이지(32)에 평평하게 밀착 유지되도록 한다.

경화된 프린팅 재료는 제2 조형 스테이지(33)에 부착되어 한층을 형성하고, 새로이 제1 조형 스테이지(32)에 안치되는 프린팅 재료가 이미 경화된 층 위에 새로운 한층을 형성한다.

다음으로, 경화된 프린팅 재료와 투명 필름을 분리한다. (S50)

경화 작업이 완료된 투명 필름을 이동 스테이지(50, 60)에 의해 이동시키면서 경화된 프린팅 재료와 투명 필름을 분리한다. 이때, 분리 과정이 원활히 진행되도록 하기 위해, 감압홀(35)의 감압 작용으로 이동 중의 투명 필름을 당기도록 한다. 또는, 제1 조형 스테이지(32)의 일측단에 경사면 또는 경사홈(36)을 형성하여 투명 필름이 경사면 또는 경사홈을 따라서 이동되도록 하여 경화된 프린팅 재료가 투명 필름으로부터 용이하게 분리될 수 있도록 한다.

다음으로, 잔존하는 프린팅 재료와 투명 필름을 회수한다. (S60)

회수용 롤 부재(41)에 의해 사용 후 투명 필름을 회수하고, 프린팅 재료 회수 용기(61)로 경화되지 않고 투명 필름 상에 잔존하는 프린팅 재료를 회수한다.

상기 S10 단계부터 S60단계를 반복하여 경화된 프린팅 재료를 계속해서 적층시킴으로써 미리 프로그램된 3차원 형상의 프린팅 제품을 제조하면서, 잔존하는 프린팅 재료와 투명 필름을 회수하여 이를 재활용할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 세라믹 3차원 프린팅 장치 및 3차원 프린팅 방법에 의하면, 일정 크기의 투명 필름 단위로 조형 작업이 진행되므로, 한가지 재료에 국한되지 않고, 다양한 재료를 하나의 장치에서 사용할 수 있게 된다. 또한, 정밀한 적층 두께 제어가 가능하고, 한층 한층 균일한 두께로 조형물을 형성할 수 있어서 최종 프린팅 제품(3D프린팅 구조체)의 결함율을 낮출 수 있다.

또한, 투명 필름 상의 프린팅 재료와 밀착하도록 거리가 조절되며, 광 조형 원리를 이용하여 시간과 광파장, 광세기 등의 조건을 제어하여 미리 프로그램한 형상으로 한층씩 형상 제어하면서 프린팅 재료를 경화시키므로, 조사 시간이 길어지거나 조사량이 많을 경우 빛의 산란에 의하여 의도하지 않은 부분에 부분적 경화나 경화액의 변성이 발생하는 것을 방지하고, 프린팅 제품의 품질을 일정하게 유지시킨다.또한, 조형 스테이지에서의 광 조사에 의한 조형 작업 중에 재료 공급부에서는 프린팅 재료를 공급하는 연속구동 방식으로 구현할 수 있어서 조형 시간을 크게 단축시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특설정 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims

투명 필름을 공급하는 필름 공급부;
상기 필름 공급부에 의해 공급된 투명 필름 상에 프린팅 재료를 공급하는 재료 공급부;
상기 투명 필름 상에 공급된 프린팅 재료를 기설정된 형상으로 경화하는 광 경화부;
상기 광 경화부에 의해 프린팅 재료가 경화된 후, 사용 후 투명 필름과 잔존하는 프린팅 재료를 회수하는 필름 회수부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 3차원 프린팅 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 필름 공급부는,
투명 필름이 권취되는 적어도 하나 이상의 롤 부재와, 상기 롤 부재를 구동시키는 모터와, 상기 롤 부재의 높이를 조절하는 높이 조절부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 3차원 프린팅 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 투명 필름 상에 공급된 프린팅 재료의 두께를 조절하는 적어도 하나 이상의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 3차원 프린팅 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 재료 공급부는, 혼합용 스크류가 장착된 실린지 타입과, 혼합용 교반기가 장착된 압출용기 타입과 상기 필름 공급부에 권취된 투명 필름의 회전시 상기 투명 필름 상에 프린팅 재료를 면 도포하는 슬러리 공급판 타입 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 3차원 프린팅 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 실린지 타입의 재료 공급부는,
프린팅 재료를 내부에 수용하는 실린더와,
상기 실린더 내부에 장착되는 혼합용 스크류와,
상기 프린팅 재료를 상기 투명 필름 상에 압출하는 압출 주사기와,
상기 압출 주사기의 상하 운동을 야기하는 유압 모터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 3차원 프린팅 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 압출용기 타입의 재료 공급부는,
상기 프린팅 재료를 내부에 수용하는 케이스와,
상기 케이스 내부에 형성되며 상기 프린팅 재료를 교반하는 교반기와,
상기 프린팅 재료를 상기 투명 필름 상에 배출하는 배출구와,
압출 압력을 조절하는 압력조절 모터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 3차원 프린팅 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광 경화부로 상기 투명 필름이 공급되기 전에, 상기 투명 필름 상의 프린팅 재료를 일정한 온도로 유지시키는 온도 조절 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 3차원 프린팅 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광 경화부는,
광 조사 유닛과,
상기 프린팅 재료가 공급된 투명 필름이 안치되는 제1 조형 스테이지와,
상기 투명 필름 상의 프린팅 재료와 밀착되는 제2 조형 스테이지
를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 3차원 프린팅 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 조형 스테이지는 상기 투명 필름을 평평하게 밀착 유지되도록 하는 감압홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 3차원 프린팅 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 조형 스테이지의 일 측단에는 경화 완료된 프린팅 재료와 상기 투명 필름이 분리될 수 있도록 경사면 또는 경사홈이 형성된 것을 특징으로 하는 세라믹 3차원 프린팅 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 필름 회수부는,
상기 사용 후 투명 필름이 권취되는 적어도 하나 이상의 회수용 롤 부재와,
상기 회수용 롤 부재를 구동시키는 모터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 3차원 프린팅 장치.
투명 필름을 공급하는 단계;
상기 투명 필름 상에 프린팅 재료를 공급하는 단계;
상기 공급된 프린팅 재료의 두께를 조절하는 단계;
상기 두께가 조절된 프린팅 재료를 기설정된 형상으로 경화시키는 단계;
경화된 프린팅 재료와 상기 투명 필름을 분리하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 투명 필름 상에 프린팅 재료를 공급하는 단계는, 적어도 2 이상의 프린팅 재료를 공급하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 공급된 프린팅 재료의 두께를 조절하는 단계 이후에, 상기 프린팅 재료의 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방법.
청구항 12에 있어서,
경화된 프린팅 재료와 상기 투명 필름을 분리하는 단계 이후에, 잔존하는 프린팅 재료와 사용 후 투명 필름을 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방법.