KR20170099419A - 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법 - Google Patents

단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법은 미리 정해진 체적을 가지는 단위 블럭을 적층하되, 적층되는 단위 블럭 중 제작하고자 하는 3차원 형상을 구성하는 단위 블럭들을 서로 부분적으로 접합시켜 단위 블럭 결합체를 형성하는 제1단계와, 상기 단위 블럭 결합체에 포함되지 않은 비접합 단위 블럭들을 제거하는 제2단계를 포함하되, 상기 제1단계에서 단위 블럭들의 접합은, 서로 이웃하여 적층되는 단위 블럭들 중 적어도 일부의 단위 블럭들이 형성하는 공극에 충진재를 공급하여 상기 공극을 메우는 제1-1단계와, 상기 공극이 메워진 단위 블럭에 접착제를 도포하여 상기 3차원 형상을 구성하는 단위 블럭들을 서로 부분적으로 접합하는 제1-2단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법은 미리 정해진 체적을 가진 단위 블럭체를 가조립 형태로 부분 접합하여 신속하게 단위 블럭 결합체를 형성한 후 이를 후처리하여 원하는 3차원 형상을 성형하는 방식이기 때문에 점 단위 또는 면 단위로 원재료를 경화시키거나 용용시켜 형상을 만들어 가는 종래 기술에 따른 3차원 형상의 성형 방식과 대비할 때 3차원 형상의 제작에 소요되는 시간 및 에너지를 현저히 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법{An Manufacturing Method of 3 Dimensional Shape}
본 발명은 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 미리 정해진 형상 및 체적을 가진 단위 블럭체를 부분적으로 접합 및 적층하여 신속하게 단위 블럭 결합체를 형성한 후 상기 단위 블럭 결합체를 후처리하여 3차원 형상을 성형함으로써 3차원 형상의 성형에 소요되는 시간 및 에너지를 현저히 저감시킬 수 있는 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법에 관한 것이다.
3차원 입체 형상을 제작하기 위하여 종래에는 덩어리 형태로 된 금속 또는 목재 재질의 원재료를 직접 깍아서 성형하거나, 분말 상태 또는 용융 상태의 원재료를 금형에 주입하여 성형하는 방식을 주로 사용하였다.
그러나, 상기 종래 기술 중 전자는 작업자의 숙련도에 따라 작업 시간과 작업(즉, 치수) 정밀도가 크게 달라지는 문제점이 있었고, 후자의 경우 별도의 금형을 제작해야 하기 때문에 작업 물량이 적은 경우 비용이 크게 증가하는 문제점이 있었다.
이러한, 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 3D 프린터를 이용하여 3차원 형상을 제작하는 기술이 개발되었는데, 상기 3D 프린터에 대한 구체적인 내용은 하기 [문헌 1] 등에 상세히 개시되어 있다.
이러한 3D 프린터를 이용한 3차원 형상 제작기술은 3차원 형상을 단위 평면으로 나누고 각 평면마다 액상 원료를 UV 조사로 경화시키거나 분말 또는 필라멘트 형태의 원료를 레이저와 같은 열원으로 용융시켜 적층 방식에 의하여 형상을 만들어가는 방식으로 구성된다.
그러나, 이와 같은 3D 프린터를 이용한 3차원 형상 제작기술은 3축 이동이 가능한 구동부가 3차원 형상의 전산 모델링 데이터를 따라 이동하면서 자동으로 형상을 만들어가는 장점은 있으나, 점 단위나 면 단위의 인쇄를 반복적으로 수행하여 형상을 만드는 방식이기 때문에 3차원 모형이 자동차나 선박 등에 사용되는 대형 구조물 또는 주택 등일 경우 형상 제작에 소요되는 시간 및 에너지 소모가 과도해지는 문제점이 있었다.
[문헌 1] 한국등록특허 제1,451,794호(2014. 10. 16. 공고)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 미리 정해진 형상 및/또는 체적을 가진 단위 블럭체를 부분적으로 접합 및 적층하여 신속하게 단위 블럭 결합체를 형성한 후 상기 단위 블럭 결합체를 후처리하여 3차원 형상을 성형함으로써 상기 3차원 형상의 성형에 소요되는 시간 및 에너지를 현저히 저감시킬 수 있는 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법은 미리 정해진 체적을 가지는 단위 블럭을 적층하되, 적층되는 단위 블럭 중 제작하고자 하는 3차원 형상을 구성하는 단위 블럭들을 서로 부분적으로 접합시켜 단위 블럭 결합체를 형성하는 제1단계와, 상기 단위 블럭 결합체에 포함되지 않은 비접합 단위 블럭들을 제거하는 제2단계를 포함하되, 상기 제1단계에서 단위 블럭들의 접합은, 서로 이웃하여 적층되는 단위 블럭들 중 적어도 일부의 단위 블럭들이 형성하는 공극에 충진재를 공급하여 상기 공극을 메우는 제1-1단계와, 상기 공극이 메워진 단위 블럭에 접착제를 도포하여 상기 3차원 형상을 구성하는 단위 블럭들을 서로 부분적으로 접합하는 제1-2단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단위 블럭은 구형체 또는 다면체 형상 중 적어도 어느 하나의 형상이되, 복수의 체적별로 구비되고, 상기 제1단계에서는 3차원 형상의 위치에 따라 적층되는 단위 블럭의 형상 또는 체적 중 적어도 어느 하나를 변경할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 접착제의 도포는 서로 이웃하는 단위 블럭의 접촉 영역 중 적어도 1개소를 부분적으로 가열 용융시키는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비접합 단위 블럭들이 제거된 단위 블럭 결합체를 후처리하는 제3단계를 더 포함하되, 상기 후처리는 단위 블럭 결합체를 기계적으로 가공하는 방식, 단위 블럭 결합체에 마감재를 도포하는 방식, 또는 상기 단위 블럭 결합체에 포함된 공극을 제거하는 방식 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 후처리 방식 중 공극 제거 방식은 공극이 형성된 주위의 단위 블럭을 가열 용융시켜 상기 공극을 메우거나, 접착성 충진재 또는 상기 단위 블럭 재질의 용융액을 주입하여 상기 공극을 메우는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법은 미리 정해진 체적을 가진 단위 블럭체를 가조립 형태로 부분 접합하여 신속하게 단위 블럭 결합체를 형성하거나 이를 후처리하여 원하는 3차원 형상을 성형하는 방식이기 때문에 점 단위 또는 면 단위로 원재료를 경화시키거나 용용시켜 형상을 만들어 가는 종래 기술에 따른 3차원 형상의 성형 방식과 대비할 때 3차원 형상의 제작에 소요되는 시간 및 에너지를 현저히 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법을 이용하여 제작하고자 하는 3차원 형상을 나타낸 도면,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법을 이용하여 도1의 형상을 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도3은 도2의 A-A부 단면에 대하여 본 발명의 일실시예에 따라 도1의 형상을 제작하는 방법을 공정 순서대로 설명하기 위한 도면,
도4는 본 발명의 일실시예에 따라 단위 블럭을 부분 접합 방식으로 적층하는 공정을 설명하기 위한 도면,
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법을 설명하기 위한 공정도,
도6은 본 발명의 일실시예에 따라 3차원 형상을 제작하기 위한 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면, 및
도7은 도6의 장치에 사용된 원료 공급부의 다른 변형예를 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법을 이용하여 제작하고자 하는 3차원 형상을 나타낸 도면이고, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법을 이용하여 도1의 형상을 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도3은 도2의 A-A부 단면에 대하여 본 발명의 일실시예에 따라 도1의 형상을 제작하는 방법을 공정 순서대로 설명하기 위한 도면이다.
또한, 도4는 본 발명의 일실시예에 따라 단위 블럭을 부분 접합 방식으로 적층하는 공정을 설명하기 위한 도면이고, 도5는 본 발명의 일실시예에 따른 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법을 설명하기 위한 공정도이고, 도6은 본 발명의 일실시예에 따라 3차원 형상을 제작하기 위한 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이며, 도7은 도6의 장치에 사용된 원료 공급부의 다른 변형예를 나타낸 도면이다.
먼저, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 본 발명에 따른 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법을 이용하여 도1에 도시한 하트 형태의 샘플(100)을 제작하는 경우를 일예로서 설명한다.
본 발명에 따른 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법은, 먼저 작업대(10) 위에 샘플(100)을 성형하기 위한 성형틀(20)을 셋팅하게 되는데(S10), 이 경우 상기 성형틀(20)은 후술하는 바와 같이 공급되는 단위 블럭체(50)를 내부에 가두어 수용하는 차단막 또는 테두리막으로서의 기능을 수행하게 된다.
이때, 상기 성형틀(20)은 별도의 공정이나 장치(예를 들어, 작업대의 상면에 수직한 방향의 승강 장치 등)를 이용하여 셋팅될 수도 있으나, 제작하고자 하는 3차원 형상의 형태에 따라서는 성형틀(20)을 사용하지 않거나 후술하는 S20 단계와 S30 단계를 수행하는 과정에서 테두리부에 위치하는 단위 블럭체(30)를 부분 접합 또는 전체 접합하여 성형틀(20)의 기능을 수행하도록 구성될 수도 있다.
즉, 예를 들어 제작하고자 하는 3차원 형상이 본 실시예의 샘플(100)인 경우 상기 성형틀(20)은 별도의 공정이나 장치를 이용하여 도2에 도시한 바와 같이 사각틀 형상으로 셋팅될 수도 있으나, 필요에 따라서는 도2에서 샘플(100)을 구성하는 단위 블럭체(해칭으로 표시된 것)들 중 최외곽에 위치한 단위 블럭체(50)들을 각 적층 단계에서 우선적으로 접합시켜 상기 성형틀(20)로서의 기능을 수행하도록 할 수도 있다.
이때, 상기 성형틀(20)을 후자와 같은 방식으로 셋팅할 경우 후술하는 공정 중 S60 단계는 생략할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 일예로서 상기 성형틀(20)이 적층 높이에 따라 상부 방향으로 형성되는 경우를 일예로서 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 상기 작업대(10)의 바닥면 중 단위 블럭이 놓여지는 부분이 적층 공정에 따라 순차적으로 하부 방향으로 함몰되면서 형성되는 테두리부 측면들이 상기 성형틀(20)로서 기능하도록 이루어질 수도 있다.
상기 S10 단계가 완료되면, 상기 성형틀 내부에 미리 정해진 체적을 가지는 단위 블럭체(50)를 공급하여 작업대(10)의 바닥면에 성형틀(20)이 형성하는 테두리를 따라 단위 블럭체(50)가 도3의 (a)와 도4의 (a)에 도시한 바와 같이 평면 형태로 배열되도록 한다(S20).
이때, 상기 단위 블럭체(50)는 금속, 합성수지, 초콜렛, 목재, 시멘트, 벽돌, 점토 등과 같이 샘플(100)을 제작하고자 하는 여러 가지 다양한 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 상기 단위 블럭체(50)가 구형으로 이루어진 경우를 일예로서 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 사면체, 오면체, 육면체 등과 같은 다면체 형상 또는 이들의 조합으로 구성될 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 상기 단위 블럭체(50)가 동일한 체적으로 이루어진 경우를 일예로서 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 다양한 체적으로 구성될 수도 있다.
상기 S20 단계가 완료되면, 공극 충진재(60)를 공급하여 상기 단위 블럭체(50) 중 적어도 일부의 단위 블럭체(50)가 형성하는 공극을 메우게 되는데(S25), 이는 후술하는 바와 같이 제작하고자 하는 3차원 형상을 구성하는 단위 블럭들을 서로 부분적으로 접착하기 위하여 접착제를 도포하는 경우 접착제가 하부 공극으로 흘러서 단위 블럭들이 바람직하게 접합되지 못하는 현상을 방지하기 위한 것이다.
이때, 상기 충진재(60)는 단위 블럭체(50)와 동일한 재질 또는 다양한 다른 재질로 구성될 수 있는데, 상기 단위 블럭체(50) 보다 체적이 작은 입상이거나 또는 바람직하게는 분말상으로 구성될 수 있다.
본 실시예의 경우 상기 S25단계는 도4의 (b)에 도시한 바와 같이 평면으로 배열된 단위 블럭체(50)의 하부 공극을 메우는 방식으로 이루어지는데, 이 경우 필요에 따라서 하부 공극 전체를 메우든가 하부 공극 중 후술하는 바와 같이 접착제가 도포되는 부분에 대응되는 공극만 메우는 방식으로 이루어질 수 있다.
상기 S25 단계가 완료되면, 상기 공극이 메워진 단위 블럭체(50)에 접착제(70)를 도포하여 상기 성형틀(20) 내부에 배열된 단위 블럭체(50) 중 샘플(100)의 형상을 구성하는 단위 블럭체(50)들을 서로 부분적으로 접합시키게 된다(S30).
즉, 상기 S30 단계에서는 도2 및 도3의 (a)에 도시한 바와 같이 상기 성형틀(20) 내부에 수용된 단위 블럭체(50) 중 점선으로 표시된 샘플(100)의 가상적인 외형선(P) 내부에 포함되는 단위 블럭체(50)와 상기 외형선(P)이 걸쳐지는 단위 블럭체(50)들(도2와 도3에서는 이들 단위 블럭체들을 해칭 처리하여 구별하였음)은 서로 이웃하는 단위 블럭체(50)끼리 서로 부분적인 접합이 이루어지게 된다.
이 경우, 상기 단위 블럭체(50)들의 접합은 서로 이웃하는 단위 블럭체(50)들의 접촉 영역(또는 접촉 부위) 중 적어도 1개소를 부분적으로 접합시키는 방식으로 이루어진다.
이때, 상기 접착제(70)의 도포는 서로 접합이 필요한 단위 블럭체(50)의 외면 일측에 도포될 수 있는데, 본 실시예의 경우 일예로서 도4의 (c)에 도시한 바와 같이 하부 공극에 메워진 단위 블럭체(50)들의 상부 공극에 접착제(70)가 도포되는 것으로 구성하였다.
이와 같이 도포된 접착제(70)는 유동성이 있는 경우라 하더라도 하부 공극을 메운 충진재에 의하여 하부 공극 방향으로 유실되는 것이 방지되기 때문에 부분 접합부(51)를 형성하면서 서로 이웃한 단위 블럭체(50)를 접합시킬 뿐만 아니라, 후술하는 바와 같이 그 상부에 적층되는 단위 블럭체(50)와의 접합도 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 상기 접착제(70)는 단일 블럭체(50)의 재질에 따라 모르타르, 퍼티, 점토, 시멘트, 에폭시나 핫멜트와 같은 화학적 접착제, 또는 아교 등과 같은 천연 접착제 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 접착제(70)의 도포는 전자빔이나 레이저 등의 가열원을 이용하여 접합이 필요한 단위 블럭체(50)의 일부를 부분적으로 가열 용융시켜 접합하는 방식으로 이루어질 수도 있다.
상기 S30 단계에서 하나의 평면상에서 접합 대상인 단위 블럭체(50)들 사이에 부분적인 접합이 완료되면, 도3의 (b),(c) 및 도4의 (d),(e)에 도시한 바와 같이 그 상부에 다시 단위 블럭체(50)를 공급하여 적층하면서 샘플(100)의 형상을 구성하는 단위 블럭체(50)들을 서로 부분적으로 접합시키는 공정을 반복하게 된다(S40).
이때, 본 실시예의 경우 상기 단위 블럭체(50)의 적층 단계에 따라 상기 성형틀(20)의 높이도 단계적으로 증가되도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단위 블럭체(50)를 적층하는 경우 샘플(100)의 형상을 구성하는 단위 블럭체(50)들은 동일 평면상에서 서로 이웃하는 단위 블럭체(50)들 뿐만 아니라 상하 방향으로 서로 이웃하는 단위 블럭체(50)들 끼리도 서로 접촉하는 영역 중 적어도 1개소에서 부분적인 접합이 이루어지게 된다.
또한, 본 실시예에서는 일예로서 상기 적층 공정은 하부 단위 블럭체(50)들의 상부 공극(52)부에 상부 단위 블럭체(50)들이 위치하도록 상하 지그재그 패턴으로 적층하는 경우를 일예로서 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 서로 이웃하는 상하부 단위 블럭체(50)의 중심이 수직선상에 배열되도록 적층할 수도 있음은 물론이다.
또한, 상술한 S10 단계 내지 S40 단계는 통상의 CAD/CAM 시스템이나 3D 프린터에서 적용하고 있는 바와 같이 샘플(100)의 형상 정보(또는 좌표 정보)를 포함하는 전산적 모델링 데이터를 이용하여 이루어지게 되는데, 상기 모델링 데이터는 3차원 형상을 모델링하기 위한 공지된 프로그램 중 어느 하나를 이용하여 얻을 수 있다.
한편, 제작하고자 하는 샘플(100)의 형상을 얻기 위하여 필요한 횟수 만큼 상기 S40 단계를 수행하게 되면, 상기 성형틀(20)의 내부에는 샘플(100)의 형상을 구성하는 단위 블럭체(50)들이 상하좌우 방향으로 서로 부분적으로 접합되어 하나의 덩어리 형태로 된 단위 블럭 결합체(90)가 형성된다.
이때, 상기 단위 블럭 결합체(90)는 후술하는 바와 같이 후처리 공정에 의하여 원하는 형태의 샘플(100) 형상을 얻게 되는데, 상기 후처리 공정은 샘플(100)의 표면이 정교한 치수와 매끈한 면이 요구되는 경우이면 단위 블럭 결합체(90)(또는 그 외면)를 기계적으로 가공하는 방식으로 이루어지고 그렇지 않을 경우이면 상기 단위 블럭 결합체(90)의 외면에 마감재를 도포하는 방식으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 후처리 공정이 단위 블럭 결합체(90)를 기계적으로 가공하는 경우이면 가공 마진을 고려하여 상기 단위 블럭 결합체(90)는 샘플(100) 보다 외형 사이즈가 더 크게 형성되는 것이 바람직하고, 상기 단위 블럭 결합체(90)의 외면에 마감재를 도포하는 경우이면 상기 단위 블럭 결합체(90)는 샘플(100) 보다 외형 사이즈가 더 작거나 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단위 블럭 결합체(90)를 기계적으로 가공하는 경우 필요에 따라서는 상술한 마감재 도포 작업을 추가적으로 더 수행할 수도 있다.
또한, 상기 마감재는 액상 또는 페이스트 상태의 접착성 충진재(접착제, 퍼티와 같은 홈메우기 재료, 페인트나 니스와 같은 도료, 고착제 등을 포함)나 상기 단위 블럭체(50) 재질의 용융액 등이 될 수 있다.
본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 상기 후처리 공정이 단위 블럭 결합체(90)의 외면을 기계적으로 가공하는 경우를 일예로서 설명한다.
상기 S40 단계가 완료되면 작업대(10)에서 성형틀(20)과 다른 단위 블럭체(50)들과 접합되지 않은 비접합 상태의 단위 블럭체(50)들을 제거함으로써 상술한 단위 블럭 결합체(90)를 얻게 되는데(S50), 이 경우 상기 단위 블럭 결합체(90)에는 S25 단계에 의해 공극에 메워진 충진재(60)가 포함되어 있거나 상기 S50 단계에서 비접합 상태의 단위 블럭체(50)와 함께 상기 충진재(60)가 제거되면서 부분 접합부(51)들 사이에 형성된 공극(52)이 포함될 수 있다.
상기 S50 단계가 완료되면, 상기 공극(52)들을 제거함으로써 서로 이웃하는 단위 블럭체(50)들이 전체적으로 완전히 접합된 견고한 형태의 무공극 단위 블럭 결합체(91)를 얻게 된다(S60).
이때, 상기 공극 제거 단계는 공극(52)이 형성된 주위의 단위 블럭체(50)들을 전체적 또는 부분적으로 가열 용융시켜 상기 공극을 채우거나, 액상 또는 페이스트 상태의 접착성 충진재 또는 상기 단위 블럭체(50) 재질의 용융액을 주입하여 상기 공극(52)을 채우는 방식으로 이루어진다.
예를 들어, 상기 단위 블럭체(50)가 금속, 합성수지, 초콜렛 재질인 경우에는 가열 용융이나 동일 재질의 용융액을 주입하여 상기 공극(52)을 제거할 수 있으며, 상기 단위 블럭체(50)가 목재 재질인 경우에는 액상 또는 페이스트 상태의 접착제를 주입하여 상기 공극(52)을 제거할 수 있다.
또한, 상술한 충진재(60)가 상기 공극에 포함된 경우이면 충진재(60)를 제거한 후에 상기 공극 제거 단계를 수행하거나, 충진재(60)가 포함된 상태에서 상기 공극 제거 단계를 수행할 수 있다.
상기 S60 단계에 의하여 무공극 단위 블럭 결합체(91)가 얻어지면 머시닝 센터, CNC 등 통상의 기계적 가공장치를 이용하여 상기 무공극 단위 블럭 결합체(91)를 가공하여 원하는 형상의 3차원 샘플(100) 형상을 제작하게 된다(S70).
한편, 본 실시예에서는 일예로서 단위 블럭 결합체(90)를 얻은 후에 공극(52)을 제거하는 후처리 공정으로서 S60 단계를 수행하는 것으로 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 단위 블럭 결합체(90)를 형성하는 단위 블럭체(50)들이 부분 접합에 의해서도 기계적 가공이 가능할 만큼 서로 충분히 견고하게 결합된 경우이면 필요에 따라 상기 S60 단계를 생략할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 공극(52)을 제거하는 후처리 공정인 S60 단계와 단위 블럭 결합체(90)의 외면을 후처리하는 공정인 S70 단계를 모두 수행하는 경우를 일예로서 설명하였으나, 필요에 따라서는 이들 중 어느 하나의 단계만을 선택적으로 수행하거나 S60 단계와 S70 단계를 수행한 이후에 상술한 마감재 도포 단계를 더 수행할 수도 있으며, 상기 S60 단계와 S70 단계를 모두 생략할 수도 있다.
다만, 상기 S60 단계만을 수행하는 경우이면 상기 단위 블럭 결합체(90)의 외형 사이즈는 상기 샘플(100)과 동일한 수준으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법은 미리 정해진 체적을 가진 단위 블럭체(50)를 가조립 형태로 부분 접합하여 신속하게 단위 블럭 결합체(90)를 형성한 후 이를 후처리하여 원하는 3차원 형상의 샘플(100)을 성형하는 방식이기 때문에 점 단위 또는 면 단위로 원재료를 경화시키거나 용용시켜 형상을 만들어 가는 종래 기술에 따른 3차원 형상의 성형 방식과 대비할 때 3차원 형상의 제작에 소요되는 시간 및 에너지를 현저히 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 도6에서는 본 발명에 따른 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법을 적용한 3차원 형상 제작장치의 개략적인 구성을 일예로서 나타내었다.
상기 3차원 형상 제작장치는 작업대(10)가 형성된 본체(1)의 상부에 X,Y,Z의 3축 방향으로 원료 공급부(5)와 접착재 도포장치(4)를 이송시키기 위한 이송축(2)과 상기 이송축(2)을 통하여 상기 원료 공급부(5)와 접착재 도포장치(4)를 이송시키는 이송모터(3)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 단위 블럭체(50)들이 가열 용융 방식에 의하여 서로 접합되는 경우이면 상기 접착재 도포장치(4)는 일예로서 레이저 용융장치일 수 있다.
또한, 상기 3축 방향 이송축(2), 이송모터(3) 및 접착재 도포장치(4)의 구성은 공지된 기술 중 어느 하나로 바람직하게 구현가능한 것이기 때문에 여기에서는 구체적인 설명은 생략하기로 하며, 상기 원료 공급부(5)는 내부에 단위 블럭체(50)를 수용한 상태에서 상기 이송축(2)을 통해 이동하면서 노즐과 같이 필요한 위치에 단위 블럭체(50)를 공급하도록 구성된다.
한편, 본 실시예에서는 상기 단위 블럭체(50)가 동일한 체적(즉, 사이즈)으로 이루어진 경우를 일예로서 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라 상기 단위 블럭체(50)는 복수의 체적별로 구비될 수도 있다.
즉, 예를 들어 상기 원료 공급부(5)는 제1체적의 단위 블럭체(50a)를 공급하는 제1공급부(5a), 제2체적의 단위 블럭체(50b)를 공급하는 제2공급부(5b), 및 제3체적의 단위 블럭체(50c)를 공급하는 제3공급부(5c)로 구성될 수 있으며, 이 경우 각각의 공급부(5a,5b,5c)는 바인딩 장치(5d)에 의하여 하나의 어셈블리로 구성될 수 있다.
또한, 상기 단위 블럭체(50)는 본 실시예에서와 같이 구형체로만 이루어지는 것이 아니라, 필요에 따라서는 특정 사이즈에 대해(또는 각각의 사이즈별로) 구형체와 여러 종류의 다면체 등 다양한 형상으로 구비될 수도 있다.
이와 같이 상기 원료 공급부(5)가 다양한 사이즈 및/또는 형상의 단위 블럭체(50)를 공급할 수 있도록 구성될 경우 적층되는 단위 블럭체(50)의 형상 및/또는 체적(즉, 사이즈)을 필요에 따라 변경할 수 있기 때문에 3차원 샘플(100)의 부분적인 형상 또는 두께 변화에 유연하게 대응할 수 있어서 후처리시 작업량을 크게 감소시킬 수 있는 장점을 얻을 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 3차원 형상이 하트 모양의 샘플인 경우를 일예로서 설명하였으나, 본 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 '3차원 형상'이라 함은 주택, 건물, 타워, 선박 이나 자동차, 또는 이들에 사용되는 구조체 등 여러 가지 다양한 형태의 3차원 형상을 모두 포함하는 개념이다.
또한, 본 실시예에서는 상기 성형틀(20)을 이용하는 경우를 일예로서 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는(예를 들어, 주택과 같이 대형 구조물인 경우) 상기 성형틀(20)의 이용을 생략할 수도 있다.
10 : 작업대 20 : 성형틀
50 : 단위 블럭체 51 : 부분 접합부
52 : 공극 90 : 단위 블럭 결합체
100 : 샘플

Claims (5)

  1. 미리 정해진 체적을 가지는 단위 블럭을 적층하되, 적층되는 단위 블럭 중 제작하고자 하는 3차원 형상을 구성하는 단위 블럭들을 서로 부분적으로 접합시켜 단위 블럭 결합체를 형성하는 제1단계;와
    상기 단위 블럭 결합체에 포함되지 않은 비접합 단위 블럭들을 제거하는 제2단계를 포함하되,
    상기 제1단계에서 단위 블럭들의 접합은,
    서로 이웃하여 적층되는 단위 블럭들 중 적어도 일부의 단위 블럭들이 형성하는 공극에 충진재를 공급하여 상기 공극을 메우는 제1-1단계;와
    상기 공극이 메워진 단위 블럭에 접착제를 도포하여 상기 3차원 형상을 구성하는 단위 블럭들을 서로 부분적으로 접합하는 제1-2단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단위 블럭은 구형체 또는 다면체 형상 중 적어도 어느 하나의 형상이되, 복수의 체적별로 구비되고,
    상기 제1단계에서는 3차원 형상의 위치에 따라 적층되는 단위 블럭의 형상 또는 체적 중 적어도 어느 하나를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접착제의 도포는 서로 이웃하는 단위 블럭의 접촉 영역 중 적어도 1개소를 부분적으로 가열 용융시키는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비접합 단위 블럭들이 제거된 단위 블럭 결합체를 후처리하는 제3단계를 더 포함하되,
    상기 후처리는 단위 블럭 결합체를 기계적으로 가공하는 방식, 단위 블럭 결합체에 마감재를 도포하는 방식, 또는 상기 단위 블럭 결합체에 포함된 공극을 제거하는 방식 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 후처리 방식 중 공극 제거 방식은 공극이 형성된 주위의 단위 블럭을 가열 용융시켜 상기 공극을 채우거나, 접착성 충진재 또는 상기 단위 블럭 재질의 용융액을 주입하여 상기 공극을 메우는 것을 특징으로 하는 단위 블럭 부분 접합 방식의 3차원 형상 제작방법.
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