KR20180041998A - 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 의한 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법은, 3차원 조형물의 외주를 따라 동일 평면상에서 회전하면서 3차원 조형물을 구성하는 복수개의 레이어들 중 하나의 레이어의 표면에 페인트를 분사하는 제1 단계와, 페인트가 분사된 레이어의 표면에 페인트 보호막을 형성하는 제2 단계를 포함하고, 제1 단계 및 제2 단계는, 3차원 조형물을 구성하는 복수의 레이어들 모두에 대해 순차적으로 수행될 수 있다.

Description

3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법{COLOR PRINTING METHOD OF 3 DIMENSIONAL ARTWORK}

본 출원은, 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법에 관한 것이다.

일반적으로 3차원의 입체 형상을 가진 시제품(Prototype)을 제작하기 위해서는 설계도면에 의존하여 일일이 수작업에 의해 이루어지는 목업(mock-up) 제작방식과 컴퓨터 제어를 통한 CNC 밀링에 의한 제작방식 등이 있다. 이와 같은 목업 제작방식은 수작업에 의하므로 정교한 수치제어가 어렵고, 설계도면과 정확하게 일치하지 않을 뿐만 아니라 상당히 많은 시간이 소요되는 단점이 있으며, CNC 밀링에 의한 제작방식은 정교한 수치제어가 가능하지만 공구간섭에 의하여 가공하기 어려운 형상이 많다는 단점이 있었다.

이와 같은 단점으로 인해 최근에는 제품의 디자이너 및 설계자가 컴퓨터에서 만들어낸 3차원 모델링을 직접 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작할 수 있는 3차원 프린터 방식이 등장하게 되었다.

3D 프린터의 제품성형 방식은 크게 대상물체를 2차원의 평면 형태로 성형한 것을 3차원으로 적층하면서 용융 부착하여 형태를 만들어가는 이른바 첨가형과, 재료덩어리를 조각하듯이 절삭해서 형태를 만들어가는 절삭형이 있다.

그리고 첨가형의 일종으로 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트를 공급릴과 이송롤을 통해 공급하고 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치 조절되는 3차원 이송기구에 장착된 히터노즐에서 용융시켜서 배출함으로써 2차원 평면 형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형하는 필라멘트 용융 적층 성형방법이 있다. 그런데 종래의 이런 필라멘트를 용융시켜 적층하는 3D 프린터는 종래에 단일의 색상으로 성형하는 것은 가능하지만 다양한 색상의 제품을 성형하기에는 어려움이 발생하였다.

색상을 교체하여 성형하려면 필라멘트 공급릴을 다른 색상의 필라멘트 공급릴로 교체한 후에 이를 다시 히터노즐로 연결하여야 하기 때문에 필라멘트의 교체에 따른 시간이 상당히 소요되고, 이러한 필라멘트의 교체에 따른 대기시간 동안 이미 성형된 용융부분이 경화되므로, 이어지는 부위에 불연속적인 이음매가 형성되어 제품의 외관이나 일체성이 저하되거나 재료의 분리 또는 구조적 강도가 저하되는 문제점이 있었다.

관련 기술로는, 한국공개특허 제2005-0103985호('3차원 입체형상 채색방법 및 장치', 공개일: 2005년11월02일)가 있다.

한국공개특허 제2005-0103985호('3차원 입체형상 채색방법 및 장치', 공개일: 2005년11월02일)

본 출원은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 3차원 조형물의 표면에 다양한 색상의 컬러를 프린팅할 수 있는 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법을 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법에 있어서, 상기 3차원 조형물의 외주를 따라 동일 평면상에서 회전하면서 상기 복수개의 레이어들 중 하나의 레이어의 표면에 페인트를 분사하는 제1 단계; 및 상기 페인트가 분사된 레이어의 표면에 페인트 보호막을 형성하는 제2 단계를 포함하고, 상기 제1 단계 및 상기 제2 단계는, 상기 3차원 조형물을 구성하는 복수의 레이어들 모두에 대해 순차적으로 수행되는 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 상기 컬러 프린팅 방법은, 상기 3차원 조형물을 구성하는 복수의 레이어들 모두에 대한 페인트 분사가 완료되면 상기 페인트 보호막을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 상기 컬러 프린팅 방법은, 상기 제1 단계 이전에 상기 3차원 조형물의 모든 표면에 프링팅막을 형성하는 단계와, 상기 프링팅막이 형성된 3차원 조형물 중 상기 페인트가 분사될 레이어에 대해 그 표면에 형성된 프린팅막을 제거하는 단계를 더 포함하며, 상기 제1 단계는, 상기 프린팅막이 제거된 레이어의 표면에 상기 페인트를 분사할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 상기 3차원 조형물은, 첨가형 방식으로 제조되며, 상기 제1 단계 및 상기 제2 단계는, 레이어가 하나씩 적층될 때마다 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 상기 제1 단계는, 상기 레이어의 표면에 수직하게 분사될 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 3차원 조형물의 외주를 따라 동일 평면상에서 회전하면서 복수개의 레이어들 중 하나의 레이어의 표면에 페인트를 분사하고 페인트가 분사된 레이어의 표면에 페인트 보호막을 형성하는 과정을 모든 적층된 레이어에 대해 수행함으로써, 다양한 색상의 제품을 성형할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 도 1의 컬러 프린팅 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 한편, 도 2는 도 1의 컬러 프린팅 방법을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법은, 3차원 조형물(100)의 컬러 프린팅 방법에 있어서, 3차원 조형물(100)의 외주를 따라 동일 평면상에서 회전하면서 복수개의 레이어들 중 하나의 레이어(L)의 표면에 페인트를 분사하는 제1 단계(S110)와, 페인트가 분사된 레이어(L)의 표면에 페인트 보호막(후술함)을 형성하는 제2 단계(S120)를 포함하고, 제1 단계 및 제2 단계는, 3차원 조형물(100)을 구성하는 복수의 레이어들(L) 모두에 대해 순차적으로 수행될 수 있다.

상술한 컬러 프린팅 방법은, 3차원 조형물(100)을 구성하는 복수의 레이어들(L) 모두에 대한 페인트 분사가 완료되면 페인트 보호막(후술함)을 제거하는 단계(S130)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 3차원 조형물(100)은 2차원 평면의 레이어(L)가 복수개 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 대상물체를 2차원의 평면 형태로 성형한 것을 3차원으로 적층하면서 용융 부착하여 형태를 만들어가는 이른바 첨가형에 대해 적용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 재료덩어리를 조각하듯이 절삭해서 형태를 만들어가는 절삭형에도 적용될 수 있음은 물론이다. 상술한 절삭형의 경우 3차원 조형물(100)은 복수의 2차원 평면의 레이어들(L)로 적층된 상태로 가정하여 적용될 수 있다.

한편, 분사 노즐(NZ)은, 페인트를 분사하며, 도시되지 않은 스테이지에 의해 3차원 조형물(100)로부터 일정 간격 이격된 채 3차원 조형물(100)의 외주를 따라 동일 평면상에서 회전(D1) 가능하며, 분사 노즐(NZ)은 3차원 조형물(100)의 상하 방향(D2)으로 이동하여 레이어(L) 각각의 표면에 페인트를 분사할 수 있다.

이때, 분사 노즐(NZ)로부터는 3차원 조형물(100)의 형상의 필요한 부위에 원하는 색상을 구현할 수 있도록 페인트가 분사될 수 있다. 특히, 분사 노즐(NZ)은 레이어(L)의 표면에 수직하게 분사될 수 있다. 이는, 3차원 조형물(100)의 표면에 기울어진 채로 페인트가 분사되면 채색의 정확도가 떨어지고 색상의 농도차가 발생하기 때문이다. 상술한 스테이지는 통상의 기술자가 쉽게 구현할 수 있는바, 발명의 간명화를 위해 스테이지의 구조에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법을 설명하기 위한 도면으로, 대상물체를 2차원의 평면 형태로 성형한 것을 3차원으로 적층하면서 용융 부착하여 형태를 만들어가는 이른바 첨가형의 경우에 적용될 수 있다.

도 2 내지 도 3b를 참조하면, 3차원 조형물(100)은 2차원 평면의 복수의 레이어들(L)이 적층되면서 성형될 수 있으며, 2차원 평면의 레이어가 하나씩 적층될 때마다 수행될 수 있다.

즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 하나의 레이어(L1)가 형성되면, 분사 노즐(NZ)은 레이어(L1)의 외주를 따라 동일 평면상에서 회전(D1)하면서 레이어(L1)의 표면에 페인트를 분사함으로써, 하나의 레이어(L1)의 표면에 원하는 색상을 구현할 수 있다.

이후, 페인트가 분사된 레이어(L1)의 외주 표면에 페인트 보호막(101)을 형성할 수 있다. 페인트 보호막(101)은 예를 들면, 액체 상태로 분사되며, 분사된 이후에는 굳어 얇은 막을 형성할 수 있으며, 표면으로부터 잘 떨어질 수 있는 물질로, 예를 들면 Peel Coat®와 같은 제품을 이용할 수 있다. 페인트 보호막(101) 형성시 분사되는 페인트는 레이어(L1)의 상부 표면에도 분사될 수 있으나, 이는 다음 레이어(L2)를 적층할 때 덮어질 수 있다. 상술한 페인트 보호막(101) 형성을 위한 액체를 분사하기 위한 분사 노즐(미도시)은 예를 들면, 분사 노즐(NZ) 바로 옆에 구비될 수 있다. 본 발명의 실시 형태를 설명함에 있어, 상술한 페인트 보호막(101)은 액체 상태로 분사될 수 있는 것을 예시하고 있으나, 표면에 바르는 형태로 구현될 수도 있음에 유의하여야 한다.

다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 레이어(L1) 상부에 또 다른 레이어(L2)가 적층될 수 있으며, 레이어(L2)가 적층되면 분사 노즐(NZ)은, 도 2의 D2 방향으로 상승하고, 이후 레이어(L1)의 외주를 따라 동일 평면상에서 회전(D1)하면서 레이어(L2)의 표면에 페인트를 분사함으로써, 레이어(L2)의 표면에 원하는 색상을 구현할 수 있다. 이후, 마찬가지로, 페인트가 분사된 레이어(L2)의 외주 표면에 페인트 보호막(101)을 형성할 수 있다.

즉, 상술한 과정(도 3a, 도 3b 참조)은, 3차원 조형물을 구성하는 복수의 레이어들(도 2의 L 참조) 모두에 대해 순차적으로 수행되며, 3차원 조형물(100)을 구성하는 복수의 레이어들(L) 모두에 대한 페인트 분사가 완료되면 페인트 보호막(101)을 제거할 수 있다.

다음, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3a 내지 도 3b가 2차원 평면의 레이어가 하나씩 적층될 때마다 수행될 수 있음에 반해, 도 4a 내지 도 4d는 이미 완성된 3차원 조형물(100)의 표면에 컬러를 프린팅하는 것이다.

이하에서는, 발명의 이해를 돕기 위해 복수의 레이어들(도 2의 L 참조) 중 중간에 위치한 레이어(L9) 하나를 위주로 설명한다.

우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 완성된 3차원 조형물(100)의 전체 표면에 프린팅막(201)을 형성할 수 있다. 상술한 프린팅막(201)은 기설명된 프린팅 보호막(101)과 명칭은 상이하나, 동일한 기능을 수행할 수 있다.

다음, 도 4b에 도시된 바와 같이, 프링팅막(201)이 형성된 3차원 조형물(100) 중 페인트가 분사될 레이어(L9)에 대해 그 표면에 형성된 프린팅막(201)을 제거할 수 있다(202 참조). 프린팅막(201)의 제거는 레이저 가공 또는 기계적 가공을 통해 수행될 수 있다.

다음, 도 4c에 도시된 바와 같이, 분사 노즐(NZ)은, 레이어(L9)의 외주를 따라 동일 평면상에서 회전(D1)하면서 프린팅막이 제거된 레이어(L9)의 표면(202)에 페인트를 분사함으로써, 레이어(L9)의 표면에 원하는 색상을 구현할 수 있다.

이후, 도 4d에 도시된 바와 같이, 페인트가 분사된 레이어(L9)의 외주 표면에 페인트 보호막(203)을 형성할 수 있다.

상술한 과정은 3차원 조형물(100)을 구성하는 복수의 레이어들(도 2의 L 참조) 모두에 대해 순차적으로 수행될 수 있으며, 이후 3차원 조형물(100)을 구성하는 복수의 레이어들 모두에 대한 페인트 분사가 완료되면 3차원 조형물(100)로부터 페인트 보호막(203)을 제거할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 3차원 조형물의 외주를 따라 동일 평면상에서 회전하면서 복수개의 레이어들 중 하나의 레이어의 표면에 페인트를 분사하고 페인트가 분사된 레이어의 표면에 페인트 보호막을 형성하는 과정을 모든 적층된 레이어에 대해 반복 수행함으로써, 다양한 색상의 제품을 성형할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

100: 3차원 조형물
101, 203: 페인트 보호막
201: 프린팅막
202: 프린팅막이 제거된 레이어의 표면
L, L1, L2, L9: 2차원 평면 레이어
NZ: 분사 노즐

Claims (5)

1. 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법에 있어서,
   상기 3차원 조형물의 외주를 따라 동일 평면상에서 회전하면서 상기 3차원 조형물을 구성하는 복수개의 레이어들 중 하나의 레이어의 표면에 페인트를 분사하는 제1 단계; 및
   상기 페인트가 분사된 레이어의 표면에 페인트 보호막을 형성하는 제2 단계를 포함하고,
   상기 제1 단계 및 상기 제2 단계는, 상기 3차원 조형물을 구성하는 복수의 레이어들 모두에 대해 순차적으로 수행되는 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 컬러 프린팅 방법은,
   상기 3차원 조형물을 구성하는 복수의 레이어들 모두에 대한 페인트 분사가 완료되면 상기 페인트 보호막을 제거하는 단계를 더 포함하는 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 컬러 프린팅 방법은,
   상기 제1 단계 이전에 상기 3차원 조형물의 모든 표면에 프링팅막을 형성하는 단계와, 상기 프링팅막이 형성된 3차원 조형물 중 상기 페인트가 분사될 레이어에 대해 그 표면에 형성된 프린팅막을 제거하는 단계를 더 포함하며,
   상기 제1 단계는, 상기 프린팅막이 제거된 레이어의 표면에 상기 페인트를 분사하는 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 3차원 조형물은, 첨가형 방식으로 제조되며,
   상기 제1 단계 및 상기 제2 단계는, 레이어가 하나씩 적층될 때마다 수행되는 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 단계는,
   상기 레이어의 표면에 수직하게 분사되는 3차원 조형물의 컬러 프린팅 방법.

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