KR20230138177A - 비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치 및 이를 이용한 프린팅 방법 - Google Patents

비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치 및 이를 이용한 프린팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 자기장과 전기장을 이용하여 자성 입자의 거동 또는 배열을 제어할 수 있어, 프린팅을 용이하게 수행할 수 있는 장치를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치는, 프린터기의 노즐을 고정 지지하는 기존헤더와 결합하고, 노즐을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 내측면이 노즐의 외측면으로부터 이격되어 형성된 내부 공간을 구비하는 헤더몸체부; 헤더몸체부의 내부 공간에 형성되어 노즐의 외측면으로부터 이격되도록 형성되고, 노즐을 향해 전기장을 제공하는 전극부; 및 헤더몸체부의 내부 공간에 형성되어 노즐의 외측면으로부터 이격되도록 형성되고, 노즐을 향해 자기장을 제공하는 자기장인가부를 포함한다.

Description

비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치 및 이를 이용한 프린팅 방법 {A PRINTING HEADER DEVICE FOR FORMING AN ELECTROMAGNETIC FIELD IN A NON-CONTACT MANNER AND A PRINTING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치 및 이를 이용한 프린팅 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 자기장과 전기장을 이용하여 자성 입자의 거동 또는 배열을 제어할 수 있어, 바이오 프린팅 등을 용이하게 수행할 수 있는 장치에 관한 것이다.
수십 나노미터급 노즐을 이용한 프린팅에 있어서, 노즐 직경이 줄어들수록 프린팅 하기 위해 필요한 인가 압력이 일반적인 공압 수준(8~10 atm)보다 증가한다. 수십 나노미터급 직경을 갖는 노즐에서의 라플라스 압력은 Young-Laplas 수식에 따라 10 nm에서 143.6 atm으로 증가한다.
이러한 이유로 수십 나노미터급 노즐에서의 프린팅을 위해 전기장을 이용하는 유전이동 (dielectrophoresis, DEP) 방법을 적용한다. DEP는 불균일한 전기장 내에서 용매와 용질(입자나 분자)의 극성 성질이 달라 발생하는 힘을 이용하여, 용질 자체를 이동 시키는 방법이다.
DEP 크기는 입자 크기, 용매의 유전율, 전기장 구배 그리고 Clausius-Mossotti factor (CM factor)에 의해 결정 되며, 입자 크기와 전기장 구배가 가장 지배적이다. DEP의 방향은 CM factor의 부호에 따라 결정된다. 용질이 용매보다 극성 성질이 더 클 경우, CM factor가 양수이며, 전기장 방향으로 힘이 작용한다. 반대로 용질이 용매보다 극성 성질이 작을 경우, CM factor가 음수이며, 전기장 반대 방향으로 힘이 작용한다.
DEP 특성을 이용하는 프린팅의 경우, 노즐 표면에 금속 코팅을 통해 전극을 형성하여 사용한다. 하지만, 코팅된 노즐에 외부 전선을 반복적으로 부착할 경우, 코팅된 표면에 손상이 생기게 된다. 또한, 노즐 자체가 소모성이기 때문에 이러한 노즐에 외부전극을 일체형으로 고정시키는 것도 효율적이지 않다.
그리고, 일반적으로 부피 단위의 정량적 프린팅으로 사용하고 있는데, 이러한 배경에는 노즐 내에서 입자의 거동이 제어되지 않기 때문에 입자 단위의 정량적 프린팅이 어려운 점이 있다. 노즐 내에서의 입자 거동 혹은 배열을 제어 할 수 있다면 프린팅 시에도 입자 단위의 프린팅이 가능하게 된다.
미국 공개특허 제2021-0323072호(발명의 명칭: Alignment system for magnetic particulate material used for additive manufacturing)에서는, 3D 프린팅을 위해 사용되는 분배 노즐의 오리피스를 통해 분배되는 적어도 하나의 자성 미립자 재료의 인-시츄 정렬을 위한 전자석 정렬 시스템에서, 코일을 포함하는 전자석 어셈블리로서, 상기 코일은, 상기 적어도 하나의 자성 미립자 재료가 가열되고 상기 분배 노즐을 통해 이동될 때 상기 코일의 에너자이제이션 시에 목표 자속 세기를 갖는 펄스형 자기장을 생성하도록 구성되어, 상기 적어도 하나의 자성 미립자 재료가 상기 펄스형 자기장에 의한 방향에 대해 적어도 부분적으로 정렬되는, 상기 전자석 어셈블리; 및 상기 코일의 에너자이제이션을 구현하기 위한 전원을 포함하는, 전자석 정렬 시스템이 개시되어 있다.
대한민국 등록특허 제10-1390391호(발명의 명칭: 정전기력을 이용하는 3차원 형상 표면 인쇄장치)에서는, 인쇄대상이 놓여지는 스테이지; 상기 인쇄대상의 표면정보를 저장하는 형상획득부; 잉크를 공급받아 상기 인쇄대상 표면 측으로 토출시키는 노즐; 상기 노즐에 전원을 공급하는 전원공급부; 상기 형상획득부로부터 상기 인쇄대상의 표면정보를 제공받으며, 상기 스테이지와 상기 노즐 사이에 발생하는 전기장의 세기를 일정하게 유지하도록 상기 노즐 또는 상기 스테이지의 움직임 및 상기 전원공급부 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부;를 포함하는 장치가 개시되어 있다.
미국 공개특허 제2021-0323072호 대한민국 등록특허 제10-1390391호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 자기장과 전기장을 이용하여 자성 입자의 거동 또는 배열을 제어할 수 있어, 바이오 프린팅 등을 용이하게 수행할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 프린터기의 노즐을 고정 지지하는 기존헤더와 결합하고, 상기 노즐을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 내측면이 상기 노즐의 외측면으로부터 이격되어 형성된 내부 공간을 구비하는 헤더몸체부; 상기 헤더몸체부의 내부 공간에 형성되어 상기 노즐의 외측면으로부터 이격되도록 형성되고, 상기 노즐을 향해 전기장을 제공하는 전극부; 및 상기 헤더몸체부의 내부 공간에 형성되어 상기 노즐의 외측면으로부터 이격되도록 형성되고, 상기 노즐을 향해 자기장을 제공하는 자기장인가부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 전극부는, 상기 헤더몸체부의 내부 공간 하부에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 자기장인가부는, 상기 헤더몸체부의 내부 공간에서 상기 기존헤더의 하단과 상기 전극부의 상단 각각으로부터 이격되는 위치에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 기존헤더의 하단과 상기 자기장인가부 사이 및 상기 전극부의 상단과 상기 자기장인가부 사이에 형성되어 절연시키는 절연부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 전극부는, 상기 노즐 하부의 일 부위에 대응되는 위치에서 상기 노즐의 외측면으로부터 이격되게 형성되는 제1전극체; 및 상기 노즐 하부의 타 부위에 대응되는 위치에서 상기 노즐의 외측면으로부터 이격되게 형성되는 제2전극체를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 전극부는, 상기 헤더몸체부를 관통하여 상기 제1전극체와 연결되고 상기 제1전극체에 전기를 인가하는 제1전선; 및 상기 헤더몸체부를 관통하여 상기 제2전극체와 연결되고 상기 제2전극체에 전기를 인가하는 제2전선을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 자기장인가부는, 상기 노즐의 외측면으로부터 이격되게 형성되어 자기장을 제공하는 제1자성체; 및 상기 노즐의 외측면으로부터 이격되게 형성되어 자기장을 제공하는 제2자성체를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 자기장인가부는, 상기 노즐을 둘러싸는 코일 형상으로 형성되는 자기코일을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 기존헤더와 상기 헤더몸체부는 나사결합하고, 상기 기존헤더와 상기 헤더몸체부가 선택적으로 결합 또는 분리될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 노즐로 프린팅용 용액이 공급되는 제1단계; 상기 노즐을 통과하는 용액의 자성 입자가 상기 자기장인가부에 의해 자기장을 제공받는 제2단계; 상기 노즐을 통과하는 용액의 자성 입자가 상기 전극부에 의해 전기장을 제공받는 제3단계; 및 상기 노즐로부터 상기 자성 입자가 배출되는 제4단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제2단계에서, 상기 자성 입자는 자기장에 의해 용액 내 특정 위치에 분포 및 정렬될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제3단계에서, 상기 자성 입자는 전기장에 의해 정렬 및 배출될 수 있다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 자기장과 전기장을 이용하여 자성 입자의 거동 또는 배열을 제어하면서 노즐로부터 자성 입자를 포함한 용액이 배출되도록 함으로써, 입자 단위의 프린팅이 용이하게 수행될 수 있도록 하는 것이다.
또한, 헤더몸체부에 의해 노즐이 보호되므로, 노즐의 안정성을 향상시켜 프린팅 품질을 향상시킬 수 있다는 것이다.
그리고, 노즐에 전극을 일체형으로 형성하지 않아도 되어, 소모성인 노즐을 교체하더라도 전극체를 지속적으로 이용할 수 있으므로, 비용이 절감될 수 있으며, 또한, 전극체와 노즐 간 접촉, 결합 또는 분리 등이 수행되지 않으므로 노즐의 손상을 최소화할 수 있다는 것이다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프린팅 헤더 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프린팅 헤더 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프린팅 헤더 장치의 일 부위에 대한 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프린팅 헤더 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프린팅 헤더 장치의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프린팅 헤더 장치의 일 부위에 대한 단면도이다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 프린팅 헤더 장치는, 프린터기의 노즐(500)을 고정 지지하는 기존헤더(600)와 결합하고, 노즐(500)을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 내측면이 노즐(500)의 외측면으로부터 이격되어 형성된 내부 공간을 구비하는 헤더몸체부(100); 헤더몸체부(100)의 내부 공간에 형성되어 노즐(500)의 외측면으로부터 이격되도록 형성되고, 노즐(500)을 향해 전기장을 제공하는 전극부(200); 및 헤더몸체부(100)의 내부 공간에 형성되어 노즐(500)의 외측면으로부터 이격되도록 형성되고, 노즐(500)을 향해 자기장을 제공하는 자기장인가부(300)를 포함한다.
노즐(500)은 관의 형상을 구비하며, 하단에 인접한 하부의 일 부위로부터 하단으로 내경이 점차적으로 감소하는 형상을 구비할 수 있다. 다만, 노즐(500)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.
기존헤더(600)는 노즐(500)의 상부를 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있으며, 기존헤더(600)는 원판의 형상을 구비하고 노즐(500)의 상단 부위에 결합되는 헤더몸체고정체(610) 및, 헤더몸체고정체(610)의 하부에 형성되어 노즐(500)의 외측면에 결합됨으로써 노즐(500)을 고정시키고 상단으로부터 하단 방향으로 외경이 감소하는 노즐고정체(620)를 구비할 수 있다.
헤더몸체부(100)는 원통형으로 형성될 수 있으며, 구체적으로, 헤더몸체부(100)의 상부는 노즐고정체(620)로부터 이격되어 노즐고정체(620)를 둘러싸는 형상으로 형성되고, 헤더몸체부(100)의 하부는 노즐(500)로부터 이격되어 노즐(500)을 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 헤더몸체부(100)는 기존헤더(600)와 결합하여 고정 지지될 수 있으며, 이를 위해, 기존헤더(600)와 헤더몸체부(100)는 나사결합하고, 기존헤더(600)와 헤더몸체부(100)가 선택적으로 결합 또는 분리될 수 있다.
구체적으로, 헤더몸체고정체(610)에는 상부로부터 하부 방향으로 관통되어 형성되는 홀인 고정체홀(611)이 형성되고, 헤더몸체부(100)에는 상부면으로부터 하부 방향으로 헤더몸체부(100)에 형성된 홀인 몸체홀(110)이 형성될 수 있다.
그리고, 고정체홀(611)과 몸체홀(110) 각각의 내부면에는 암나사(120)산이 형성될 수 있으며, 나사(120)가 고정체홀(611)과 결합한 후 몸체홀(110)과 결합하여 기존헤더(600)와 헤더몸체부(100)가 나사결합될 수 있다. 또한, 각각의 홀에서 나사(120)를 분리시킴으로써 기존헤더(600)와 헤더몸체부(100)가 분리될 수 있다.
이와 같이, 기존헤더(600)와 헤더몸체부(100)를 선택적으로 결합 또는 분리시킬 수 있으며, 이에 따라, 노즐(500)의 용도에 적합하게 노즐(500)에 대해 헤더몸체부(100)를 탈부착 가능하여 노즐(500)의 이용 효율을 증대시킬 수 있다.
전극부(200)는, 헤더몸체부(100)의 내부 공간 하부에 형성될 수 있다. 구체적으로, 전극부(200)는, 노즐(500) 하부의 일 부위에 대응되는 위치에서 노즐(500)의 외측면으로부터 이격되게 형성되는 제1전극체(210); 및 노즐(500) 하부의 타 부위에 대응되는 위치에서 노즐(500)의 외측면으로부터 이격되게 형성되는 제2전극체(220)를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 노즐(500)의 하부에서 전기장의 형성을 위하여 상기와 같이 제1전극체(210)와 제2전극체(220)가 형성된다고 설명하고 있으나, 전극체의 수는 증가될 수 있음은 당연하다.
제1전극체(210)와 제2전극체(220) 각각은 서로 이격되도록 형성되고, 각각 별도로 전기를 제공받아, 제1전극체(210)와 제2전극체(220) 사이의 공간, 즉, 노즐(500)의 하부가 형성된 공간에 전기장을 생성시킬 수 있다.
헤더몸체부(100)의 내측면을 향하는 제1전극체(210)의 외측면은 헤더몸체부(100)의 내측면에 대응되도록 곡면을 구비하여 제1전극체(210)의 외측면이 헤더몸체부(100)의 내측면에 밀착되어 제1전극체(210)와 헤더몸체부(100)가 결합될 수 있다. 그리고, 노즐(500)을 향하는 제1전극체(210)의 내측면은 노즐(500)의 외측면으로부터 이격될 수 있다.
헤더몸체부(100)의 내측면을 향하는 제2전극체(220)의 외측면은 헤더몸체부(100)의 내측면에 대응되도록 곡면을 구비하여 제2전극체(220)의 외측면이 헤더몸체부(100)의 내측면에 밀착되어 제2전극체(220)와 헤더몸체부(100)가 결합될 수 있다. 그리고, 노즐(500)을 향하는 제2전극체(220)의 내측면은 노즐(500)의 외측면으로부터 이격될 수 있다.
노즐(500)의 하단 부위는 하단 방향으로 점차적으로 내경이 감소하면서, 이에 따라 외경도 감소하는 형상을 구비할 수 있으며, 노즐(500)의 하부 외측면에 대응되는 형상을 구비하는 제1전극체(210)의 내측면과 제2전극체(220)의 내측면 각각은 노즐(500)의 하부 외측면에 대응되는 곡면을 구비함과 동시에 경사면을 구비하도록 형성될 수 있다.
전극부(200)는, 헤더몸체부(100)를 관통하여 제1전극체(210)와 연결되고 제1전극체(210)에 전기를 인가하는 제1전선(231); 및 헤더몸체부(100)를 관통하여 제2전극체(220)와 연결되고 제2전극체(220)에 전기를 인가하는 제2전선(232)을 더 구비할 수 있다.
헤더몸체부(100)는, 헤더몸체부(100)의 외측면으로부터 제1전극체(210)가 위치하는 헤더몸체부(100)의 내측면으로 관통되어 형성되는 홀인 제1전선(231)홀 및, 헤더몸체부(100)의 외측면으로부터 제2전극체(220)가 위치하는 헤더몸체부(100)의 내측면으로 관통되어 형성되는 홀인 제2전선(232)홀을 구비할 수 있다.
제1전선(231)은 제1전선(231)홀을 통과하게 되고, 제1전선(231)의 일단이 제1전극체(210)와 결합할 수 있으며, 제1전선(231)의 타단은 외부의 전원부와 연결될 수 있고, 이에 따라, 전원부로부터 제1전극체(210)로 전기가 인가될 수 있다.
그리고, 제2전선(232)은 제2전선(232)홀을 통과하게 되고, 제2전선(232)의 일단이 제2전극체(220)와 결합할 수 있으며, 제2전선(232)의 타단은 외부의 전원부와 연결될 수 있고, 이에 따라, 전원부로부터 제2전극체(220)로 전기가 인가될 수 있다.
자성 입자는, 상기와 같은 전극부(200)의 전기장에 의해 정렬 및 배출될 수 있다. 구체적으로, 전극부(200)의 전기장에 의해 노즐의 하단 부위에는 전기력선의 영역이 형성되고, 자성 입자는 전기력선 방향으로 배열되면서, 자성 입자는 노즐이 길이 방향을 따라 정렬되어 노즐의 배출구로 용이하게 배출될 수 있다.
자기장인가부(300)에 대한 구체적인 일 실시 예로써, 도 3에서 보는 바와 같이, 자기장인가부(300)는, 헤더몸체부(100)의 내부 공간에서 기존헤더(600)의 하단과 전극부(200)의 상단 각각으로부터 이격되는 위치에 형성될 수 있다. 구체적으로, 자기장인가부(300)는, 노즐(500)의 외측면으로부터 이격되게 형성되어 자기장을 제공하는 제1자성체(310); 및 노즐(500)의 외측면으로부터 이격되게 형성되어 자기장을 제공하는 제2자성체(320)를 구비할 수 있다.
여기서, 제1자성체(310)는 N극성을 구비할 수 있고, 제2자성체(320)는 S극성을 구비할 수 있다. 다만, 각각의 자성체의 극성이 상기와 같이 한정되는 것은 아니고, 각각의 자성체의 극성은 변경될 수 있다. 제1자성체(310)와 제2자성체(320) 각각은, 영구 자석 또는 전자석으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 노즐(500)의 중앙 영역에서 자기장의 형성을 위하여 상기와 같이 제1자성체(310)와 제2자성체(320)가 형성된다고 설명하고 있으나, 자성체의 수가 적어도 하나 이상으로 다양하게 형성될 수 있음은 당연하다.
제1자성체(310)와 제2자성체(320) 각각은 서로 이격되도록 형성되고, 각각 별도로 자기장을 형성하여, 제1자성체(310)와 제2자성체(320) 사이의 공간, 즉, 노즐(500)의 중앙 부위가 형성된 공간에 자기장을 생성시킬 수 있다.
헤더몸체부(100)의 내측면을 향하는 제1자성체(310)의 외측면은 헤더몸체부(100)의 내측면에 대응되도록 곡면을 구비하여 제1자성체(310)의 외측면이 헤더몸체부(100)의 내측면에 밀착되어 제1자성체(310)와 헤더몸체부(100)가 결합될 수 있다. 그리고, 노즐(500)을 향하는 제1자성체(310)의 내측면은 노즐(500)의 외측면으로부터 이격될 수 있다.
헤더몸체부(100)의 내측면을 향하는 제2자성체(320)의 외측면은 헤더몸체부(100)의 내측면에 대응되도록 곡면을 구비하여 제2자성체(320)의 외측면이 헤더몸체부(100)의 내측면에 밀착되어 제2자성체(320)와 헤더몸체부(100)가 결합될 수 있다. 그리고, 노즐(500)을 향하는 제2자성체(320)의 내측면은 노즐(500)의 외측면으로부터 이격될 수 있다.
노즐(500)의 중앙 부위는 곡면을 구비하게 되고, 노즐(500)의 중앙 부위 외측면에 대응되는 형상을 구비하는 제1자성체(310)의 내측면과 제2자성체(320)의 내측면 각각은 곡면을 구비할 수 있다.
자기장인가부(300)에 대한 구체적인 일 실시 예로써, 도 4에서 보는 바와 같이, 자기장인가부(300)는, 헤더몸체부(100)의 내부 공간에서 기존헤더(600)의 하단과 전극부(200)의 상단 각각으로부터 이격되는 위치에 형성되면서, 자기장인가부(300), 노즐(500)을 둘러싸는 코일 형상으로 형성되는 자기코일(330)을 구비할 수 있다.
상기와 같은 자기장의 형성에 의하여, 자성 입자는 노즐 내에서 용액 내 특정 위치에 분포 및 정렬될 수 있다.
구체적으로, 자기장인가부(300)에 대한 구체적인 일 실시 예와 같은 경우에는, 노즐(500)의 길이 방향으로 유동하던 자성 입자가 제1자성체(310)의 자기장과 제2자성체(320)의 자기장의 조합에 의한 자기력선의 영향을 받아 용액 내에서 운동하게 되고, 이에 따라, 각각의 자성 입자가 용액 내에서 정렬하여 특정 위치에 분포될 수 있다.
여기서, 제1자성체(310) 또는 제2자성체(320)의 자기장은 시간 당 세기 또는 방향이 변화될 수 있으며, 이에 의한 영향으로 자성 입자는 운동 방향을 바꾸거나 자성 입자 자체의 진동이 발생할 수 있고, 이에 따라, 자성 입자의 운동으로 입자가 용액 내에서 정렬하여 특정 위치에 분포될 수 있다.
그리고, 자기장인가부(300)에 대한 구체적인 일 실시 예와 같은 경우에도, 노즐(500)의 길이 방향으로 유동하던 자성 입자가 자기코일(330)의 자기장의 영향을 받아 용액 내에서 운동하게 되고, 이에 따라, 각각의 자성 입자가 용액 내에서 정렬하여 특정 위치에 분포될 수 있다.
여기서, 자기코일(330)의 자기장은 시간 당 세기 또는 방향이 변화될 수 있으며, 이에 의한 영향으로 자성 입자는 운동 방향을 바꾸거나 자성 입자 자체의 진동이 발생할 수 있고, 이에 따라, 자성 입자의 운동으로 자성 입자가 용액 내에서 정렬하여 특정 위치에 분포될 수 있다.
본 발명의 프린팅 헤더 장치는, 기존헤더(600)의 하단과 자기장인가부(300) 사이 및 전극부(200)의 상단과 자기장인가부(300) 사이에 형성되어 절연시키는 절연부(400)를 더 포함할 수 있다.
구체적인 일 실시 예로써, 절연부(400)는, 기존헤더(600)의 하단과 제1자성체(310) 사이의 공간, 기존헤더(600)의 하단과 제2자성체(320) 사이의 공간, 제1전극체(210)의 상단과 제1자성체(310) 사이의 공간 또는 제2전극체(220)의 상단과 제2자성체(320) 사이의 공간에 형성될 수 있다.
구체적인 다른 실시 예로써, 절연부(400)는, 기존헤더(600)의 하단과 자기코일(330) 사이의 공간 또는 제1전극체(210)의 상단과 자기코일(330) 사이의 공간에 형성될 수 있다.
상기와 같은 절연부(400)의 형성에 의해 전극부(200)의 전기장과 자기장인가부(300)의 자기장의 간섭이 최소화되어, 전극부(200)와 자기장인가부(300) 각각의 성능이 향상될 수 있다.
본 발명의 프린팅 헤더 장치를 포함하는 바이오 프린팅 시스템을 형성할 수 있다. 3D 프린팅 시스템에서 본 발명의 프린팅 헤더 장치를 이용하는 경우, 헤더몸체부(100)에 의해 노즐(500)이 보호되므로, 노즐(500)의 안정성을 향상시켜 프린팅 품질을 향상시킬 수 있다. 여기서, 바이오 프린팅은, 생체 물질을 이용하여 3D 프린팅을 수행하는 것을 의미할 수 있다. 이와 같은 경우, 상기된 자성 입자는, 바이오 물질 프린팅용 입자에 해당될 수 있다.
그리고, 상기와 같이, 제1전극체(210)와 제2전극체(220) 각각이 노즐(500)의 외측면으로부터 이격되어 전기장을 발생하여 비접촉식으로 전기장이 발생하기 때문에, 노즐(500)에 전극을 일체형으로 형성하지 않아도 되어, 소모성인 노즐(500)을 교체하더라도 전극체를 지속적으로 이용할 수 있으므로, 비용이 절감될 수 있으며, 또한, 전극체와 노즐(500) 간 접촉, 결합 또는 분리 등이 수행되지 않으므로 노즐(500)의 손상을 최소화할 수 있다.
이하, 본 발명의 프린팅 헤더 장치를 이용한 프린팅 방법에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 제1단계에서, 노즐(500)로 프린팅용 용액이 공급될 수 있다. 다음으로, 제2단계에서, 노즐(500)을 통과하는 용액의 자성 입자가 자기장인가부(300)에 의해 자기장을 제공받을 수 있다. 그리고, 제3단계에서, 노즐(500)을 통과하는 용액의 자성 입자가 전극부(200)에 의해 전기장을 제공받을 수 있다. 자성 입자는 전기장에 의해 일정하게 배열될 수 있고, 이에 따라, 자성 입자가 일정하게 정렬될 수 있다. 그 후, 제4단계에서, 노즐(500)로부터 자성 입자가 배출될 수 있다.
상기된 제2단계에서, 자성 입자는 자기장에 의해 용액 내 특정 위치에 분포 및 정렬될 수 있다. 이와 같이, 자성 입자의 이동에 의해 용매 내에서 입자가 특정 위치에 분포하여 노즐(500)로부터 일정하게 배출될 수 있다. 그리고, 상기된 제3단계에서, 자성 입자는 전기장에 의해 정렬 및 배출될 수 있다.
본 발명의 프린팅 헤더 장치를 이용한 프린팅 방법에 대한 나머지 상세한 사항은, 상기된 본 발명의 프린팅 헤더 장치에 대한 사항과 동일하다.
상기와 같이, 자기장과 전기장을 이용하여 자성 입자의 거동 또는 배열을 제어하면서 노즐(500)로부터 자성 입자를 포함한 용액이 배출되도록 함으로써, 입자 단위의 프린팅이 용이하게 수행될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 헤더몸체부 110 : 몸체홀
120 : 나사 200 : 전극부
210 : 제1전극체 220 : 제2전극체
231 : 제1전선 232 : 제2전선
300 : 자기장인가부 310 : 제1자성체
320 : 제2자성체 330 : 자기코일
400 : 절연부 500 : 노즐
600 : 기존헤더 610 : 헤더몸체고정체
611 : 고정체홀 620 : 노즐고정체

Claims (13)

  1. 프린터기의 노즐을 고정 지지하는 기존헤더와 결합하고, 상기 노즐을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 내측면이 상기 노즐의 외측면으로부터 이격되어 형성된 내부 공간을 구비하는 헤더몸체부;
    상기 헤더몸체부의 내부 공간에 형성되어 상기 노즐의 외측면으로부터 이격되도록 형성되고, 상기 노즐을 향해 전기장을 제공하는 전극부; 및
    상기 헤더몸체부의 내부 공간에 형성되어 상기 노즐의 외측면으로부터 이격되도록 형성되고, 상기 노즐을 향해 자기장을 제공하는 자기장인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극부는, 상기 헤더몸체부의 내부 공간 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 자기장인가부는, 상기 헤더몸체부의 내부 공간에서 상기 기존헤더의 하단과 상기 전극부의 상단 각각으로부터 이격되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 기존헤더의 하단과 상기 자기장인가부 사이 및 상기 전극부의 상단과 상기 자기장인가부 사이에 형성되어 절연시키는 절연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 전극부는,
    상기 노즐 하부의 일 부위에 대응되는 위치에서 상기 노즐의 외측면으로부터 이격되게 형성되는 제1전극체; 및
    상기 노즐 하부의 타 부위에 대응되는 위치에서 상기 노즐의 외측면으로부터 이격되게 형성되는 제2전극체를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전극부는,
    상기 헤더몸체부를 관통하여 상기 제1전극체와 연결되고 상기 제1전극체에 전기를 인가하는 제1전선; 및
    상기 헤더몸체부를 관통하여 상기 제2전극체와 연결되고 상기 제2전극체에 전기를 인가하는 제2전선을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 자기장인가부는,
    상기 노즐의 외측면으로부터 이격되게 형성되어 자기장을 제공하는 제1자성체; 및
    상기 노즐의 외측면으로부터 이격되게 형성되어 자기장을 제공하는 제2자성체를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 자기장인가부는, 상기 노즐을 둘러싸는 코일 형상으로 형성되는 자기코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 기존헤더와 상기 헤더몸체부는 나사결합하고, 상기 기존헤더와 상기 헤더몸체부가 선택적으로 결합 또는 분리되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 선택되는 어느 하나의 항에 의한 비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 프린팅 시스템.
  11. 청구항 1의 비접촉식 전자기장 형성 프린팅 헤더 장치를 이용한 프린팅 방법에 있어서,
    노즐로 프린팅용 용액이 공급되는 제1단계;
    상기 노즐을 통과하는 용액의 자성 입자가 상기 자기장인가부에 의해 자기장을 제공받는 제2단계;
    상기 노즐을 통과하는 용액의 자성 입자가 상기 전극부에 의해 전기장을 제공받는 제3단계; 및
    상기 노즐로부터 상기 자성 입자가 배출되는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2단계에서, 상기 자성 입자는 자기장에 의해 용액 내 특정 위치에 분포 및 정렬되는 것을 특징으로 하는 프린팅 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제3단계에서, 상기 자성 입자는 전기장에 의해 정렬 및 배출되는 것을 특징으로 하는 프린팅 방법.
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