WO2020138617A1 - 3차원 프린팅 구조체 세척장치 및 이를 이용한 3차원 프린팅 구조체 세척방법 - Google Patents

3차원 프린팅 구조체 세척장치 및 이를 이용한 3차원 프린팅 구조체 세척방법 Download PDF

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washing
printing
dimensional printing
printing structure
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윤희숙
박홍현
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Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
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    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
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    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/35—Cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling

Definitions

  • the present invention relates to a device for cleaning a 3D printing structure and a method for cleaning a 3D printing structure using the same.
  • the present invention relates to a three-dimensional printing apparatus and a three-dimensional printing method including a washing device.
  • the 3D printing technology scans the required 3D shape or designs it through computer modeling, and then differentiates the 2D into the 2D, using various materials such as polymers, metals, ceramics, and composites necessary for realizing the final product properties using a 3D printer.
  • This is a method of realizing a three-dimensional shape by stacking two-dimensional printed structures after two-dimensional printing. Accordingly, it is possible to easily implement various three-dimensional shapes that were difficult to realize with the conventional process, and it is possible to easily control the three-dimensional shape of the final product through a computer modeling change, rather than using the same frame as the conventional casting.
  • the advantage of realizing a structure is that it can significantly reduce time and cost compared to conventional processes.
  • This 3D printing technology has been proposed for the purpose of creating a new function by realizing a structure composed of two or more materials and compositions, rather than being applied only for the purpose of controlling the 3D shape.
  • a polyjet https://www.stratasys.co.kr/polyjet-technology
  • a material injection method that directly sprays a material and stacks it in three dimensions, but it is still limited to polymer materials.
  • a material extrusion method capable of applying a relatively wide variety of materials is applied, but there are limitations in controlling precision structures (Instrumented cardiac microphysiological devices via multimaterial three-dimensional printing, Nature Materials, 2016, 4782). For more precise and dense structure application, photopolymerization 3D printing technique is recommended.
  • Japanese Patent No. 3288274 B2 discloses a technology for cleaning objects to be cleaned by spraying a cleaning solution on an endless belt-like cleaning sheet in an apparatus for cleaning a plastic flat plate, but this is a technology for performing cleaning through friction. , There is a problem that can damage the integrity of the object to be cleaned.
  • incorporation between materials has the problem of first, it is difficult to recycle the material once used, and second, it has a big problem that physical properties are difficult to control when materials with different characteristics such as conductors/non-conductors are used, and if it is not prevented, multi-material three-dimensional printing Meaning becomes colorless.
  • the inventors of the present invention study a washing device capable of removing uncured materials from a structure and a washing method using the same, in order to prevent a plurality of materials from mixing with each other in the process of forming a 3D printing structure with different materials Thus, the present invention was completed.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3288274 B2
  • Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 10-2011-0124080 A
  • An object of the present invention is to provide a cleaning device for a 3D printing structure and a cleaning method for a 3D printing structure.
  • the present invention provides a moisture absorbent paper supply unit supplied while the wound film-type absorbent paper is released, a moisture absorbent paper recovery unit recovering while winding the film-type absorbent paper, and a supply unit according to the mutual operation between the supply unit and the recovery unit between the supply unit and the recovery unit.
  • a three-dimensional printing structure cleaning device comprising a support portion located on the opposite side of the absorbent paper surface on which the three-dimensional printing structure is located based on the film-type absorbent paper and the film-type absorbent paper moving in the recovery part direction, and , Supplying the absorbent paper; Placing the supplied absorbent paper on the support; Putting a three-dimensional printing structure on the absorbent paper disposed on the support; Separating the three-dimensional printing structure from the absorbent paper; And recovering the absorbent paper.
  • the present invention it is possible to wash the 3D printing structure by using no solvent or by using a minimum amount of solvent, and by preventing mixing between materials, the quality and soundness of the 3D printing structure can be greatly improved. It works.
  • FIG. 1 is a schematic view of a washing device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a picture of a three-dimensional printer is installed washing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG 3 is an enlarged picture of the washing device portion of Figure 2
  • Figure 4 is a photograph that can be confirmed that the three-dimensional printing structure is being washed by the method of the present invention
  • Figure 5 is a photograph showing the state of the three-dimensional printing structure washed according to the conventional cleaning method and the cleaning method of the present invention
  • FIG. 6 is a photograph showing a washing process according to an embodiment of the present invention and a heterogeneous material 3D printing structure prepared accordingly,
  • FIG. 7 is a top aerial view of a three-dimensional printing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a side view of a 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of a washing device of a three-dimensional printing device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 shows a side view of the washing device of the three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is an enlarged view of the cleaning nozzle of the cleaning fluid supply
  • FIG. 12 is a perspective view of another cleaning device of the three-dimensional printing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 shows a side view of another cleaning device of the three-dimensional printing device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 14 shows a perspective view of another cleaning device of the three-dimensional printing device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 16 shows the washing effect according to the washing conditions and the washing solvent of the three-dimensional structure
  • Figure 17 shows the cleaning effect according to the ultrasonic cleaning conditions and the cleaning solvent of the three-dimensional structure
  • FIG. 20 shows mapping and EDX results for elemental analysis comparing what was and was not washed with the method of the present invention.
  • the present invention provides a three-dimensional printing structure cleaning device.
  • 'film form' refers to a form in which the width is relatively short and the length is long when the moving direction of the object is defined as'length' and the vertical direction of the moving direction is'width'. .
  • the present invention is a.
  • the absorbent paper supply unit is supplied while the absorbent paper in the form of a wound film is released,
  • Hygroscopic paper recovery unit for recovering while winding the film-shaped hygroscopic paper
  • a film-shaped absorbent paper that moves from the supply section toward the recovery section according to the mutual operation between the supply section and the recovery section between the supply section and the recovery section, and
  • the support portion located on the opposite side of the absorbent paper surface on which the 3D printing structure is located based on the film-shaped absorbent paper
  • It provides a three-dimensional printing structure cleaning apparatus comprising a.
  • the three-dimensional printing structure cleaning apparatus of the present invention includes a moisture absorbing paper supply unit supplied while the absorbent paper in the form of a wound film is released.
  • the absorbent paper that performs the function of washing the three-dimensional structure is in the form of a film, for example, in a rolled state, the roll shape is released and the absorbent paper is supplied.
  • the present invention includes a moisture absorbent paper recovery unit for recovering while winding the film-shaped absorbent paper.
  • the absorbent paper supplied while being unwound from the absorbent paper supply unit is recovered while being wound again, for example, in the form of a roll.
  • the three-dimensional printing structure cleaning apparatus of the present invention includes a film-shaped moisture absorbing paper that moves between the supply part and the recovery part in a direction from the supply part to the recovery part according to the mutual operation of the supply part and the recovery part.
  • the absorbent paper performs a function of washing the three-dimensional printing structure, and moves in the direction of the recovery section from the supply section by operating in conjunction with the supply section and the recovery section for a continuous washing process.
  • the absorbent paper included in the cleaning device of the present invention does not generate dust, does not contain impurities, can withstand moving tension, and can be made of a material such as pure cotton with a large surface unevenness, but washes the three-dimensional printing structure. If there is a function that can be done, it is not necessarily limited to this.
  • the three-dimensional printing structure cleaning apparatus of the present invention includes a support portion located on the opposite side of the surface of the absorbent paper on which the three-dimensional printing structure is located, based on the film-shaped absorbent paper. Since the washing device of the present invention washes the three-dimensional printing structure through a process in which the three-dimensional printing structure contacts the absorbent paper, the pressure applied when the three-dimensional printing structure and the absorbent paper come into contact with the opposite side of the absorbent paper contacting the three-dimensional printing structure. A support is needed to support.
  • the support portion may be composed of various materials, but it is preferable to use a material having cushioning properties to absorb the pressure with elasticity so as to remove residual material without affecting the integrity of the structure.
  • the three-dimensional printing structure cleaning apparatus of the present invention may further include a solvent supply unit positioned between the supply unit and the support unit and supplying a solvent to the absorbent paper supplied from the moisture absorbent paper supply unit as necessary.
  • the solvent is used for complete removal of the residual material that was first removed after spraying an appropriate amount on the absorbent paper so that it is not sprayed directly onto the structure. That is, the three-dimensional printing structure cleaning apparatus of the present invention is required after the primary material is first removed by repeated stamping on the absorbent paper, for example, the residual material is not completely removed by the repeated stamping, etc. In this case, the three-dimensional printing structure is washed by contacting the absorbent paper supplied with the solvent with the three-dimensional printing structure.
  • the cleaning apparatus of the present invention includes a solvent supply unit between the absorbent paper supply unit and the support unit, so that the absorbent paper can supply the solvent to the absorbent paper as needed before it contacts the three-dimensional structure.
  • the solvent supply unit may include a configuration for performing a function capable of controlling the injection direction, method, and injection amount of the solvent.
  • the solvent used in the solvent supply part of the present invention may be one or a mixture of solvents selected from the group consisting of isopropanol and ethanol, and the solvents are laminated structures using different or multiple materials by quick drying after removing the residual material. Since it has a small effect on soundness, it is preferable as a washing solution, but is not limited thereto.
  • the support part supports the pressure applied when the absorbent paper comes into contact with the 3D printing structure, and at the same time, the area of the support part is absorbent paper so that the entire surface to be cleaned of the 3D printing structure can be in contact with the absorbent paper. It is preferred that the area is greater than or equal to the area of the three-dimensional printing structure in contact with it. If, when the area of the support is smaller than the area of the three-dimensional printing structure in contact with it, there is a problem that some of the surfaces requiring the cleaning of the three-dimensional printing structure do not sufficiently contact the absorbent paper, and eventually the washing cannot be sufficiently performed.
  • the absorbent paper can wash the structure by removing the material of the uncured portion of the three-dimensional printing structure in which printing is in progress.
  • the absorbent paper of the present invention or the absorbent paper supplied with a solvent removes the material of the uncured portion of the structure, for example, in the process of forming the structure with a plurality of different materials, a plurality of materials are mixed with each other to print the quality of the structure. It can prevent that this falls.
  • the three-dimensional printing structure cleaning device of the present invention is included in various three-dimensional printing devices, it is possible to wash the three-dimensional printing structure being printed, in particular, in a three-dimensional printing device having a plurality of material supply unit with one supply unit Located between another supply, it is possible to allow washing to be performed in an intermediate step in which the structure being printed moves from one supply to another.
  • the three-dimensional printing structure cleaning apparatus of the present invention it is possible to solve the problem of using a lot of solvent unnecessarily for cleaning the structure being printed, and also, when printing is performed with a plurality of materials, a plurality of materials are mixed with each other Since the printing quality can be prevented from deteriorating, and further, since the structure is not brushed or sonicated in the washing process, there is an effect of preventing the structure from being deteriorated.
  • It provides a cleaning method of a three-dimensional printing structure comprising a.
  • the cleaning method of the present invention includes the step of supplying the absorbent paper.
  • the absorbent paper itself not only functions to wash the structure in contact with the three-dimensional printing structure, but also, as described below, functions to receive a solvent for washing the three-dimensional printing structure if necessary for further cleaning. To perform.
  • the cleaning method of the present invention includes disposing the absorbent paper supplied as above on the support.
  • the supporting portion serves to support the absorbent paper by receiving pressure applied to the absorbent paper in a process in which the absorbent paper is in contact with the three-dimensional printing structure in a subsequent step.
  • the support part may be made of any material as long as it is a material capable of accommodating the pressure.
  • the support part is made of a material having cushioning characteristics to accommodate the pressure with elasticity.
  • the cleaning method of the present invention includes the step of placing the three-dimensional printing structure on the absorbent paper disposed on the support.
  • the 3D printing structure may be a structure that is being printed in various types of 3D printing devices, and may be, for example, a structure that is printed while being stacked in a top-down manner.
  • the structure is washed by bringing the above structure into contact with the absorbent paper. More specifically, the washing may be performed in such a way that the material of the uncured portion of the three-dimensional printing structure is removed through the upper contact.
  • the supply and recovery of the absorbent paper is stopped in the step of putting the three-dimensional printing structure on the absorbent paper. That is, it is preferable that the three-dimensional printing structure is in contact with the absorbent paper while the absorbent paper is fixed on the support. If the absorbent paper moves and comes into contact with the three-dimensional printing structure, for example, a part of the structure is damaged, and there is a problem that the integrity of the structure is damaged.
  • the washing method of the present invention includes the step of detaching the three-dimensional printing structure from the absorbent paper, and thus preparing the structure to recover the used absorbent paper by detaching the structure from the absorbent paper.
  • the cleaning method of the present invention includes the step of recovering the absorbent paper after the 3D printing structure is separated from the absorbent paper.
  • the supply of the absorbent paper and the recovery of the absorbent paper can be performed in a variety of ways, for example, as in the case of using the washing apparatus of the present invention, by operating the supply unit and the recovery unit in which the absorbent paper is wound in a roll form, interlocking,
  • the absorbent paper may be supplied and recovered by a method in which the absorbent paper is released in the supply unit and the absorbent paper is wound in the recovery unit.
  • the step of recovering the absorbent paper from the step of supplying the absorbent paper may be repeatedly performed, for example, the above process may be repeated five or more times. This is for perfecting the washing of the three-dimensional printing structure being printed, and since the perfect washing has a great influence on the quality of the final finished three-dimensional printing structure, it is preferable to repeat until the washing is completely performed.
  • the washing method of the present invention may further include applying a solvent to the absorbent paper supplied as described above at least once.
  • the absorbent paper itself performs the function of washing the three-dimensional printing structure, but if it is difficult to completely clean through this, it may further include the step of applying a solvent to the absorbent paper.
  • the absorbent paper receives the solvent through the above steps, and then the wet paper and the solvent wash the structure while contacting the three-dimensional printing structure.
  • the solvent used in the washing method of the present invention may be one or a mixture of solvents selected from the group consisting of isopropanol and ethanol, and the solvents are laminated structures using heterogeneous or multi-materials by quick drying after removing residual materials. Since it has a small effect on soundness, it is preferable as a washing solution, but is not limited thereto.
  • the three-dimensional printing structure cleaning method of the present invention it is possible to solve the problem of using a lot of solvent unnecessarily for cleaning the structure under printing, and also, when printing is performed with a plurality of materials, a plurality of materials are mixed with each other Since the printing quality can be prevented from deteriorating, and further, since the structure is not brushed or sonicated in the washing process, there is an effect of preventing the structure from being deteriorated.
  • FIG. 1 the description of FIG. 1 and the following is intended to explain the present invention more clearly, and the scope of the present invention is not limited by the description of FIG. 1 and the following.
  • the solvent supply unit 102 is only included as a specific example configuration, and the scope of the present invention is not limited to including the solvent supply unit.
  • the absorbent paper 104 is wound, and there is a dampened paper supply unit 101 for supplying the absorbent paper while the wound absorbent paper is unwound, and on the other side thereof, the absorbent paper is recovered while rewinding the absorbent paper
  • the part 103 is located.
  • a solvent supply unit 102 for supplying a solvent to the absorbent paper 104 is located, and a support unit 105 for supporting the absorbent paper supplied with a solvent is located.
  • the solvent supply unit 102 is positioned between the absorbent paper supply unit 101 and the support unit 105.
  • the absorbent paper 105 moves from the supply unit to the recovery unit.
  • the absorbent paper 104 supplied with the solvent by the solvent supply unit 102 is positioned on the support unit 105, and in this state, the three-dimensional printing structure 202 fixed to the stage 201 descends to support unit 105 It is in contact with the absorbent paper 104 on the top, and in this state, the three-dimensional printing structure 202 is washed. After washing, as the stage 201 rises, the three-dimensional printing structure 202 is separated from the absorbent paper 104, and thereafter, the supply unit 101 and the recovery unit 103 are rotated at the same speed and in the same direction to wash.
  • the absorbent paper that was subjected to is recovered.
  • the upper and lower portions may be repeated a plurality of times, and preferably, a new absorbent paper is supplied during the plurality of repetitions.
  • Figure 4 is a picture showing that the washing is completely performed through such a repeating process.
  • Figure 5 is a photograph comparing the washing result of the structure performed by the existing washing apparatus and method, and the washing apparatus and method of the present invention.
  • the integrity of the structure is very poor, whereas in the case of the structure performed by the cleaning device and method of the present invention, there is no mixing between dissimilar materials, and the structure is also very healthy. You can see that it is excellent.
  • Figure 6 is a picture of the process of performing the washing using the washing device and the washing method of the present invention and the final structure obtained through it. According to FIG. 6, it can be seen that a desired structure can be obtained with high quality without any mixing between dissimilar materials in the printing process.
  • the present invention is a material supply unit for supplying a material of a three-dimensional structure; A thickness control unit that controls the thickness of the material supplied through the material supply unit; A three-dimensional printing module for curing a material whose thickness is controlled through the thickness control unit to a predetermined shape; And a washing device for washing the three-dimensional printing structure cured by the three-dimensional printing module, wherein the washing device recovers while winding the absorbent paper supply unit supplied by unwinding the wound film-type absorbent paper and winding the film-type absorbent paper.
  • Absorbent paper recovery part a film-shaped absorbent paper moving in a direction from the supply part to the recovery part according to the mutual operation between the supply part and the recovery part between the supply part and the recovery part, and a moisture absorbent paper in which a three-dimensional printing structure is located based on the film-shaped absorbent paper It provides a three-dimensional printing device, characterized in that it comprises a support located on the opposite side of the surface.
  • FIG. 7 is a top aerial view of the 3D printing apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • a 3D printing apparatus 1000 includes a material supply unit 1200 for supplying a material of a 3D structure; A thickness control unit 1300 for controlling the thickness of the material supplied through the material supply unit; A 3D printing module 1400 for curing a material whose thickness is controlled through the thickness control unit into a predetermined shape; And a washing apparatus 1500 for washing the three-dimensional printing structure cured by the three-dimensional printing module, wherein the washing apparatus winds up a moisture absorbing paper supply unit supplied while the wound film type moisture absorbing paper is released and winds up a film type absorbent paper.
  • the 3D printing structure is based on the absorbent paper collecting part to be recovered while moving from the supply part to the collecting part according to the mutual operation between the supply part and the recovering part, and the film-shaped absorbent paper. It includes a support portion located on the opposite side of the surface of the absorbent paper.
  • the 3D printing apparatus is a stacked printing apparatus, and may be a method in which a single layer is stacked from an upper layer to a lower layer. That is, the three-dimensional printing device may be a printing device to which a top-down method in which one layer of a printing material is formed and another layer on top of the bottom surface of one layer is stacked is applied.
  • the 3D printing apparatus can be applied to various fields such as medical and engineering depending on the printing material to be injected and the multilayer 3D structure formed by printing. Particularly, when printing of different materials is required in various fields, one layer may be formed of different types of materials.
  • the three-dimensional printing apparatus is not limited to the above-described stacked printing apparatus, material extrusion (Material Extrusion) three-dimensional printing apparatus, photo polymerization (Vat photopolymerization) three-dimensional printing apparatus, powder lamination melting ( Powder bed fusion) 3D printing device, Binder jetting 3D printing device, Material jetting 3D printing device, Sheet lamination 3D printing device, and direct energy deposition , DED) may include at least one of a three-dimensional printing device.
  • the material supply unit may supply at least one type of single material.
  • the material supplied to the material supply part may include an allotrope of metal, metal alloy, ceramic, or elemental carbon.
  • the allotrope of elemental carbon may also include amorphous carbon, graphite, graphene, diamond or fullerene.
  • the three-dimensional printing apparatus may further include a material conveying unit for conveying the material supplied from the material supplying unit, and in a line manner when transferring the material supplied from the material supplying unit by the material transferring unit May be supplied, and may include at least one roll member on which the line is wound, a motor for driving the roll member, and a height adjustment member for adjusting the height of the roll member.
  • the material supply unit may include at least one or more of a syringe type equipped with a mixing screw, an extrusion container type equipped with a mixing stirrer, and a slurry supply plate type surface-coating the material.
  • the syringe-type material supply unit includes a cylinder for receiving the printing material therein; Mixing screw mounted inside the cylinder; An extrusion syringe that extrudes the printing material onto the line; And it may include a hydraulic motor for inducing the vertical movement of the extruded syringe.
  • the material transfer unit 1100 may include a roll member 1110, a motor 1120, and a height adjustment member 1130.
  • the material transfer unit may supply at least one film.
  • the material transfer part may include a plurality of lines. That is, the material transport unit may include two different lines as shown in FIG. 7 to supply the film.
  • the material transfer unit provided in different lines may induce the three-dimensional printing module to move to perform the steps of curing-washing/drying-curing-washing drying continuously.
  • the 3D printing module is provided in a rotating type, it is possible to induce each step of curing-washing/drying-curing-washing/drying continuously due to repeated rotation.
  • the user can change the rotation radius of the rotational three-dimensional printing module by adding/decreasing the line of the material transfer unit.
  • the rotational angle of the 3D printing module may be reduced to reduce the volume of the printing device.
  • the material transfer unit can supply multiple kinds of films in a single line.
  • Each material transfer unit can supply various kinds of films such as 8a, 8b, and 8c.
  • the user can selectively supply a variety of films according to a predetermined shape.
  • the roll member is able to recover the used film while keeping the wound line flat.
  • the height adjustment member can control the height at which the film is recovered.
  • One or more roll members may be provided, and when a plurality of roll members are provided, the radius of each roll member may be different.
  • the motor can drive the roll member.
  • the motor roll member is directly/indirectly connected to induce rotational motion of the roll member.
  • the motor can adjust the rotational speed of the roll member.
  • the motor may be provided in the same manner as the provided roll member, or a single motor may be connected to the single roll member to drive the roll member.
  • the height adjustment member can adjust the height of the roll member.
  • the height adjustment member may adjust the height so that the height of the film is recovered and one surface of the roll member are in contact with each other.
  • the height adjustment member may adjust the height of the roll member or the motor according to the design form of the material transfer unit.
  • the three-dimensional printing module may form a three-dimensional printing structure by curing the three-dimensional printing material supplied by the material supply unit or the material transfer unit to a predetermined shape.
  • the three-dimensional printing module may be provided in a manner including at least one of a rotational movement type, a horizontal movement type, and a vertical movement type, and all movement methods for sequentially curing the material according to the shape in which the material supply part and the material transfer part are provided Can be applied.
  • the three-dimensional printing module provided as a rotation type can rotate at a specified angle.
  • a rotary 3D printing module is partially described as an embodiment.
  • the contents other than the rotational movement of the rotational 3D printing module may be applied to the 3D printing module to which a different movement method is applied.
  • the angle at which the rotating three-dimensional printing module rotates may be changed according to the number of lines of the material transfer unit.
  • the rotation radius of the rotational three-dimensional printing module is set to an angle formed between the material conveying part and the washing device so that it can rotate within the angle.
  • the rotation radius and rotation and movement direction of the rotating three-dimensional printing module can be set in various ways.
  • the rotating three-dimensional printing module is rotated in the horizontal direction with a part of the monolayer cured of the first printing material attached, and the first printing material is positioned at a position parallel to the film of the line filled with the second printing material.
  • the rotating three-dimensional printing module hardens the printing material on one line of the material transfer part to form a part of a single layer, and rotates horizontally while a part of the single layer is attached to another line of the material transfer part to rotate on the other line of the material transfer part
  • a monolayer composed of different components can be formed by curing the printing material by indirectly curing a part of the monolayer on the same plane.
  • the material supply unit may fill a single film included in the first line 1100a.
  • the filled film can be cured by a three-dimensional printing module.
  • the first filling material is defined as the first printing material (A).
  • the monolayer in which the first printing material (A) is cured is attached to the rotating three-dimensional printing module and can move to another line 1100b through horizontal rotation.
  • the cured first printing material (A) may be immersed in a film filled with the second printing material (B) in the other line 1100b.
  • the separation of the first and second printing materials is for distinguishing the order, and may be the same material or different materials.
  • the three-dimensional printing module may cure the second printing material B in which the first printing material A is immersed. Through this, the rotating three-dimensional printing module can be formed of different materials and form a single layer that is in contact with the same plane.
  • the 3D printing module forms a single layer by curing the printing material on one line of the material transfer unit, and moves to a state where a single layer is attached to the other line of the material transfer unit, so that the printing material on the other line of the material transfer unit is on a plane different from the single layer.
  • a single layer composed of a single component can be formed by upper bonding and curing.
  • the three-dimensional printing module 1400 is a light irradiation unit 1410; A substrate 1420 on which a line supplied with the printing material is placed; A build plate 1430 to which printing material on the line is attached; A printing chamber 1440 for storing the light irradiation unit, the substrate, and the build plate therein and movable in a direction parallel to the material transfer unit; And a vacuum pump 1450 for removing air in the printing chamber.
  • the light irradiation unit 1410 may supply an energy source including at least one of a laser, infrared (IR), electromagnetic beam, laser beam, electron beam, plasma beam, or microwave beam.
  • an energy source including at least one of a laser, infrared (IR), electromagnetic beam, laser beam, electron beam, plasma beam, or microwave beam.
  • the light irradiation unit 1410 may be positioned below the 3D printing module and irradiate light in an upward direction.
  • the light irradiation unit can move simultaneously with the three-dimensional printing module.
  • the light irradiation unit can irradiate light to the substrate.
  • the light irradiated from the light irradiation unit may be transmitted through the substrate and irradiated with the film.
  • the light irradiation unit can irradiate various kinds of light required for curing the printing material.
  • Light irradiated from the light irradiation unit may be irradiated by refraction or scattering depending on the size and shape of the film.
  • the light irradiation unit may irradiate light by setting conditions such as wavelength and intensity.
  • the substrate 1420 may be provided as a transparent material to transmit light irradiated from the light irradiation unit, and may be driven up and down to adjust the height of the printing material placed on the upper surface of the substrate.
  • the printing chamber 1440 stores the light irradiation unit, the substrate, and the build plate therein, and may move in parallel with the material transfer unit.
  • the printing chamber can be understood as a container for storing the light irradiation unit, the substrate and the build plate.
  • the printing chamber can be moved according to the printing process in progress.
  • the printing chamber may require additional configuration to keep the interior in a vacuum or to lower the pressure to improve the quality of the structure.
  • the vacuum pump 1450 can remove gas inside the printing chamber.
  • the vacuum pump may be provided inside the printing chamber or connected to the outside.
  • a vacuum pump can be understood as a component for improving the quality of a three-dimensional structure formed by printing.
  • a vacuum pump can be provided to provide optimal conditions for the film and the printing material to be attached to the substrate located inside the printing chamber.
  • the embodiments of the present invention include all contents related to the present invention among the contents described in Korean Patent Application No. 10-2017-0092991.
  • a three-dimensional printing apparatus includes a material transfer unit including at least two lines; A material supply unit supplying at least one type of printing material on each line of the material transfer unit; A thickness control unit that controls the thickness of the material supplied through the material supply unit; And a three-dimensional printing module for curing a material whose thickness is controlled through the thickness control unit to a predetermined shape, curing a material on one line, and moving to another line to cure the material on the other line.
  • a three-dimensional printing apparatus is characterized in that a top-down is applied in which one layer of the printing material is formed and another layer on top of the bottom surface of the one layer is stacked. can do.
  • the material transfer unit at least one roll member on which the line is wound; A motor for driving the roll member; And it may include a height adjustment member for adjusting the height of the roll member.
  • the printing module of the three-dimensional printing apparatus by curing the printing material on one line of the material transfer portion to form a part of a single layer, the other line of the material transfer portion It may be characterized by forming a monolayer composed of different components by moving a part of the monolayer to an attached state, so that the printing material on the other line of the material transfer unit is hardened by being in contact with a portion of the monolayer on the same plane.
  • the three-dimensional printing module of the three-dimensional printing apparatus by curing the printing material on one line of the material transfer unit to form a single layer, the other line of the material transfer unit It may be characterized in that a single layer composed of a single component is formed by moving in a state where a single layer is attached so that the printing material on the other line of the material transfer unit is hardened by being in contact with the single layer on a different plane.
  • the 3D printing apparatus may include a first washing apparatus and a first drying module, or a first washing apparatus, a second washing apparatus and a first drying module.
  • the washing device and the drying module may be provided in various configurations without being limited to a specific number depending on the environment in which the 3D printing device according to the embodiment of the present invention is used.
  • the washing device of the three-dimensional printing apparatus is a moisture absorbent paper supply unit that is supplied while the absorbent paper in the form of a wound film is unwound, a moisture absorbent paper recovery unit that recovers while winding the film-type absorbent paper, and the supply unit and the recovery unit between the supply unit and the recovery unit It includes a film-shaped absorbent paper that moves in the direction of the supply section from the supply unit according to the interaction of the parts, and a support portion located on the opposite side of the absorbent paper surface on which the three-dimensional printing structure is located based on the film-type absorbent paper.
  • the 3D printing apparatus may further include a recovery module, and the recovery module may be supplied to the material transfer unit to recover unused printing material from the rotating 3D printing module.
  • the recovery module may separate and recover unused printing material supplied to the material transfer unit, and re-supply the recovered printing material to the material supply unit.
  • the 3D printing apparatus may repeatedly use the first injected printing material. Through this, the 3D printing apparatus can improve the use efficiency of the printing material.
  • the material supply unit, the material transfer unit, the thickness control unit, the three-dimensional printing module may further include a transfer means for transferring at least one of the cleaning device.
  • the transfer means is operatively connected to the material supply unit, the material transfer unit, the thickness control unit, the 3D printing module and the washing device, and moves the material supply unit, the material transfer unit, the thickness control unit, the 3D printing module and the washing device to a predetermined position, Position can be controlled.
  • the conveying means is not particularly limited, and may be a manipulator that controls the position in a linear or streamlined manner.
  • the present invention is a material supply unit for supplying a material of a three-dimensional structure
  • a thickness control unit that controls the thickness of the material supplied through the material supply unit
  • a three-dimensional printing module for curing a material whose thickness is controlled through the thickness control unit to a predetermined shape
  • It includes a washing device for washing the three-dimensional printing structure cured by the three-dimensional printing module,
  • the cleaning device provides a three-dimensional printing device including a cleaning fluid supply part supplying a cleaning fluid, a cleaning fluid discharge part discharging the cleaning fluid, and a cleaning chamber in which cleaning is performed.
  • FIG. 9 is a perspective view of a washing device of a three-dimensional printing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view of a washing device of a three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the washing apparatus 1500 includes a washing fluid supply unit 1520 for supplying washing fluid, and a washing fluid discharge unit 1530 for discharging washing fluid for washing the structure. ), and a cleaning chamber 1510 in which the structure is cleaned.
  • the cleaning fluid supply unit may be disposed on one side of the cleaning chamber and the other side opposite thereto, and the three-dimensional printing structure may be cleaned from the side.
  • the cleaning fluid supply unit may be provided in the form of a nozzle in which the cleaning direction can be adjusted.
  • the cleaning fluid supply unit may include a cleaning fluid controller 1523, a cleaning fluid supply line 1522, and a cleaning nozzle 1521.
  • the washing fluid supply unit may supply a washing fluid in a liquid state or a gas state, and when the washing fluid is a liquid, the washing fluid may be at least one of water, an organic solvent, and a mixed solvent.
  • the cleaning fluid may be used without limitation as long as it does not cause corrosion or damage of the three-dimensional printing structure depending on the material of the three-dimensional printing structure used.
  • washing fluid controller may further include heating and cooling means capable of heating and cooling the washing fluid to a predetermined temperature.
  • FIG. 11 is an enlarged view of a cleaning nozzle of a cleaning fluid supply unit.
  • the washing nozzle 1521 of the washing fluid supply part is fluidly connected to the washing supply controller, and the washing nozzle is provided with at least one first injection hole and the first injection hole having a predetermined injection diameter. It may include at least one second injection hole having a small injection diameter.
  • the washing nozzle may be a fine spray nozzle.
  • the cleaning nozzle may spray the fluid finely to perform cleaning without physical damage to the 3D structure.
  • the washing fluid supply unit may supply washing fluid at a pressure of 100 mbar to 10 bar.
  • the uncured three-dimensional printing material of the three-dimensional printing structure can be washed with the pressure of the washing fluid, and when the three-dimensional printing structure is formed in a stacked manner, unwanted mixing of dissimilar materials can be prevented.
  • the washing fluid discharge unit may discharge the washing fluid washing the three-dimensional printing structure, and may be connected to a suction means such as a vacuum pump capable of applying negative pressure to discharge the washing fluid.
  • a suction means such as a vacuum pump capable of applying negative pressure to discharge the washing fluid.
  • the washing chamber may further include a washing chamber cover separating the inner space of the washing chamber where the washing of the three-dimensional printing structure is performed and the outer space of the washing chamber.
  • the cleaning chamber cover may prevent cleaning fluid from entering the interior of the 3D printing device and malfunction of the device, and may be configured to fluidly separate the cleaning chamber and the 3D printing device.
  • the three-dimensional printing apparatus is disposed adjacent to one side of the washing apparatus, and further includes a drying module for drying the three-dimensional printing structure, wherein the drying module is a drying fluid for supplying a drying fluid It may include a supply unit, a dry fluid discharge unit for discharging the dry fluid, and a drying chamber in which drying is performed.
  • the dry fluid supply unit may include a dry fluid controller, a dry fluid supply line, and a dry nozzle.
  • the dry fluid controller may further include heating means and cooling means capable of heating and cooling the dry fluid to a predetermined temperature.
  • the dry fluid may be used without limitation as long as it is a gas that does not damage the three-dimensional structure.
  • the washing device may wash or dry the cured printing material inside the rotating three-dimensional printing module.
  • the washing device may be provided in singular or plural according to need. When dissimilar materials are supplied between supply lines through the washing device, it is possible to prevent materials from being mixed.
  • the first printing material may be cured and then washed and dried after being cured, and the corresponding process is performed with the first printing material. It can be understood as a process for preventing the second printing material from being mixed in the process of forming the same monolayer.
  • by washing the uncured material of the first printing material through the glycolysis process it is possible to provide an area for curing the second printing material, through which a single layer comprising different materials can be formed according to predetermined characteristics. have.
  • FIG. 12 is a perspective view of another cleaning device of the three-dimensional printing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 shows a side view of another cleaning device of the three-dimensional printing device according to an embodiment of the present invention.
  • the 3D printing apparatus may further include a drying fluid supply unit 1540 disposed in the washing chamber, through which washing and drying are simultaneously performed in one chamber. can do.
  • the dry fluid supply unit may include a dry fluid controller 1543, a dry fluid supply line 1542, and a dry nozzle 1541.
  • the dry fluid controller may further include heating and cooling means capable of heating and cooling the dry fluid to a predetermined temperature.
  • the three-dimensional printing apparatus may be disposed on one side of the washing apparatus, and may include a drying module including a drying fluid supply unit, a drying fluid discharge unit, and a drying chamber.
  • a drying module including a drying fluid supply unit, a drying fluid discharge unit, and a drying chamber.
  • FIG. 14 is a perspective view of another cleaning device of the three-dimensional printing device according to an embodiment of the present invention.
  • another cleaning device of the three-dimensional printing device may further include a cleaning nozzle driving module for moving the cleaning nozzle in the first direction or the second direction
  • the present invention Another cleaning device of the three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a drying nozzle driving module that moves the drying nozzle in a first direction or a second direction.
  • 15 is a flowchart of a 3D printing method according to an embodiment of the present invention.
  • a three-dimensional printing method comprises the steps of: supplying at least one material; Outputting the supplied material as a three-dimensional structure; And washing the output three-dimensional structure, wherein the washing step is performed by at least one of an immersion method, a spraying method, and a spraying method using a washing fluid.
  • the material can supply at least one single material.
  • the material supplied to the material supply unit may include an allotrope of elemental metal, metal alloy, ceramic, or elemental carbon.
  • the allotrope of elemental carbon may also include amorphous carbon, graphite, graphene, diamond or fullerene.
  • the step of supplying the at least one material may supply at least one of various types of materials to the material transfer part of the three-dimensional printing device through a material supply part provided with one or more three-dimensional printing materials.
  • the supplied material can be adjusted to a predetermined thickness using a roll member or a leveling member.
  • the three-dimensional printing method according to an embodiment of the present invention may further include the step of transferring the supplied material after performing the step of supplying at least one material.
  • the step of outputting the supplied material to the three-dimensional structure may be cured after the thickness-adjusted printing material is disposed on the substrate of the three-dimensional printing module in the previous step, and the thickness-controlled printing material of the three-dimensional printing module It can be attached to the lower surface on the build plate.
  • the three-dimensional printing material supplied to the three-dimensional printing module is disposed on the build plate, and an energy source is irradiated to cure.
  • the step of supplying at least one material and the step of outputting the supplied material to the three-dimensional structure may be performed repeatedly.
  • the three-dimensional printing module can be moved to the washing device if necessary.
  • the three-dimensional printing module can cure at least a portion of the printing material filled in the film, thereby forming a monolayer composed of different components.
  • the three-dimensional printing module can cure the entire printing material filled in the film, thereby forming a monolayer composed of a single component.
  • the step of washing the output three-dimensional structure may be performed by at least one of a immersion method, a spraying method, and a spraying method using a washing fluid.
  • the washing fluid may include at least one of water, organic solvents, and mixed solvents.
  • After performing the step of washing the printed three-dimensional structure may further include drying the three-dimensional structure.
  • the drying step may be performed by a drying fluid cooled and heated to a predetermined temperature.
  • Figure 16 shows the washing effect according to the washing conditions and the washing conditions of the three-dimensional structure.
  • a second washing was performed using ethanol, an ethanol/water mixed solvent (70:30), IPA and acetone as a solvent, and As a result, the unreacted slurry and the green body that was not completely cured were washed together, and thus it was confirmed that damage or irregularities occurred on the surface.
  • ethanol, ethanol/water mixed solvent (70:30), IPA, and acetone were used as the cleaning solvent, it was confirmed that when using IPA having the highest viscosity as a solvent, a smooth surface without defects was maintained and washed.
  • Figure 17 shows the cleaning effect according to the ultrasonic cleaning conditions and the cleaning solvent of the three-dimensional structure. After filling the IPA in the ultrasonic washer enough to be immersed in the 3D structure, while varying the ultrasonic conditions, the force applied to the 3D structure is different according to the intensity and time of the ultrasonic wave, so the amplitude and time are controlled to control the effect. I evaluated it.
  • FIG. 18 shows the washing effect according to the spray washing conditions and the washing solvent of the three-dimensional structure.
  • washing was performed using a spray device capable of fine spraying the washing solvent in a mist form, and the washing solvent includes IPA, ethanol, IPA/water mixed solution, and PGEMA/ IPA mixed solution (50:50) was used.
  • FIG. 19 shows the washing effect before and after washing of the 3D structure by the washing device.
  • FIG. 19 shows the cleaning of the three-dimensional structure using the sprayable cleaning nozzle of FIG. 11 described above.
  • FIG. 20 shows mapping and EDX results for elemental analysis comparing stamped washing (right) and not performed (left) with the method of the present invention in the process of performing 3D printing using 2 materials. , It can be seen through FIG. 20 that it is possible to suppress the residual mixed material to 1% or less when stamping washing is performed by the method of the present invention.
  • A, B printing material

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Abstract

본 발명의 목적은 3차원 프린팅 구조체의 세척장치 및 3차원 프린팅 구조체의 세척방법을 제공하는데 있다. 이를 위하여 본 발명은 권취된 필름형태의 흡습지가 풀리면서 공급되는 흡습지 공급부, 필름형태의 흡습지를 권취하면서 회수하는 흡습지 회수부, 상기 공급부와 회수부 사이에서 상기 공급부와 회수부의 상호 동작에 따라 공급부로부터 회수부 방향으로 이동하는 필름형태의 흡습지, 상기 필름형태의 흡습지를 기준으로 3차원 프린팅 구조체가 위치하는 흡습지 면의 반대면에 위치하는 지지부, 상기 공급부와 상기 지지부의 사이에 위치하고, 상기 흡습지 공급부로부터 공급되는 흡습지에 용매를 공급하는 용매 공급부를 포함하는 3차원 프린팅 구조체 세척장치를 제공하고, 또한 3차원 프린팅 구조체의 세척방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 최소한의 양의 용매로 3차원 프린팅 구조체를 세척할 수 있고, 소재간의 혼입을 방지하여 3차원 프린팅 구조체의 품질 및 건전성을 크게 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

3차원 프린팅 구조체 세척장치 및 이를 이용한 3차원 프린팅 구조체 세척방법
본 발명은 3차원 프린팅 구조체 세척장치 및 이를 이용한 3차원 프린팅 구조체의 세척방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 세척장치를 포함하는 3차원 프린팅 장치 및 3차원 프린팅 방법에 관한 것이다.
3차원 프린팅 기술은 필요한 3차원의 형상을 스캔하거나 컴퓨터 모델링을 통하여 디자인한 후 다시 2차원으로 미분한 것을 최종 산물 물성구현에 필요한 고분자, 금속, 세라믹 및 복합재 등 다양한 소재를 3차원 프린터를 이용하여 2차원 인쇄한 후 인쇄된 2차원 구조물을 적층하여 3차원 형상을 구현하는 방법이다. 이에 종래 공정으로는 실현하기 어려웠던 다양한 3차원 형상을 용이하게 구현하고, 최종산물의 3차원 형상을 종래의 주물과 같은 틀을 이용하는 것이 아닌 컴퓨터 모델링의 변경을 통해 용이하게 제어가 가능하므로 3차원 형상구조물을 실현함에 있어 종래 공정 대비 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있는 것을 장점으로 하고 있다. 이러한 3차원 프린팅 기술은 3차원 형상을 제어하는 목적만으로 적용되는 것에서 벗어나 최근 2종 이상의 소재 및 조성으로 구성된 구조물을 구현하여 새로운 기능을 창출하는 목적으로 가능성이 제안되고 있다. 대표적으로 직접 소재를 분사하여 3차원 적층하는 재료분사방식을 이용한 폴리젯 (https://www.stratasys.co.kr/polyjet-technology)기술이 있으나 아직은 고분자 소재에 한정되어 사용된다. 또 다른 방법으로 비교적 다양한 소재 적용이 가능한 재료압출방식이 적용되고 있으나 정밀구조체 제어에는 한계가 있다 (Instrumented cardiac microphysiological devices via multimaterial three-dimensional printing, Nature Materials, 2016, 4782). 보다 정밀하고 치밀한 구조체 적용에는 광중합방식 3차원프린팅 기법이 권장된다. 반면, 재료분사방식이나 재료압출방식과 같은 분말이나 패이스트 및 용액을 직접 분사하여 사용하는 방식의 경우에는 3차원 프린팅 중 발생하는 소재간 혼입을 방지할 수 있으나 재료를 수조에 한꺼번에 공급한 뒤 적층되는 스테이지를 움직여 3차원 조형하는 광중합형 3차원 프린팅 기법은 다종 혹은 이종소재 사용에 있어 소재간 혼입을 방지하는 것이 매우 중요하며 이를 위한 세척공정 개발이 반드시 필요하다. 현재는 상이한 소재가 들어있는 수조간을 3차원 적층 스테이지의 이동 시에 따로 준비된 수조에 담기어 있는 용매에 구조체를 반복해서 담구어 세척하거나 초음파를 이용해 세척 후 드라이어를 이용하여 용액을 제거하는 방식을 사용한다 (multi-materials, multi-technology stereolithography, Virtual and physical prototyping, 2012, 7, 181). 하지만 여전히 소재간 혼입을 완전히 제거하기는 어렵다. 또한, 용매에 구조체를 담글 경우, 용매에 의한 구조체의 건전성에 문제가 발생하여 층간 분리 혹은 결함 등의 발생 요인이 된다. 이러한 문제는 세라믹과 같은 무기물 입자를 포함하는 광경화소재를 사용할 경우 더욱 심각하게 발생한다.
예를 들어 일본 등록특허 제3288274 B2는 플라스틱 평판을 세척하는 장치에 있어서, 무단 띠형 세척 시트에 세정액을 분사하여 피세정물을 세정하는 기술이 개시되어 있으나, 이는 마찰을 통하여 세정을 수행하는 기술로, 세정 대상의 건전성을 훼손시킬 수 있는 문제점이 있다.
또한, 한국 공개특허 제10-2011-0124080 A의 경우에도, 필름형 세정용 와이퍼에 세정액을 투입하여 표면을 세척하는 내용이 기재되어 있으나, 이 또한, 마찰을 통하여 세정을 수행하는 기술로, 피세정 대상의 건전성을 훼손할 수 있는 문제점이 있다.
하지만, 소재간 혼입은 첫째, 한번 사용된 소재의 재활용이 어렵다는 문제와 둘째, 도체/부도체와 같이 상이한 특성을 가지는 소재를 사용할 경우 물성제어가 어렵다는 큰 문제점을 가지며 이를 방지하지 못하면 다종소재 3차원 프린팅의 의미가 무색해진다.
이에 본 발명의 발명자들은 서로 다른 소재로 3차원 프린팅 구조체를 형성하는 과정에서 복수의 소재가 서로 혼입되는 것을 방지하기 위하여, 구조체로부터 미경화 소재를 제거할 수 있는 세척장치 및 이를 이용한 세척방법을 연구하여 본 발명을 완성하였다.
<선행기술문헌>
(특허문헌 1) 일본 등록특허 제3288274 B2
(특허문헌 2) 한국 공개특허 제10-2011-0124080 A
본 발명의 목적은 3차원 프린팅 구조체의 세척장치 및 3차원 프린팅 구조체의 세척방법을 제공하는데 있다.
이를 위하여 본 발명은 권취된 필름형태의 흡습지가 풀리면서 공급되는 흡습지 공급부, 필름형태의 흡습지를 권취하면서 회수하는 흡습지 회수부, 상기 공급부와 회수부 사이에서 상기 공급부와 회수부의 상호 동작에 따라 공급부로부터 회수부 방향으로 이동하는 필름형태의 흡습지, 및 상기 필름형태의 흡습지를 기준으로 3차원 프린팅 구조체가 위치하는 흡습지 면의 반대면에 위치하는 지지부를 포함하는 3차원 프린팅 구조체 세척장치를 제공하고, 또한, 흡습지를 공급하는 단계; 공급된 흡습지를 지지부상에 배치하는 단계; 상기 지지부상에 배치된 흡습지 상에 3차원 프린팅 구조체를 상접시키는 단계; 3차원 프린팅 구조체를 흡습지로부터 이탈시키는 단계; 및 흡습지를 회수하는 단계;를 포함하는 3차원 프린팅 구조체의 세척방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 용매를 전혀 사용하지 않거나 또는 최소한의 양의 용매를 사용하여 3차원 프린팅 구조체를 세척할 수 있고, 소재간의 혼입을 방지하여 3차원 프린팅 구조체의 품질 및 건전성을 크게 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세척장치의 모식도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세척장치가 설치되어 있는 3차원 프린터의 사진이고,
도 3은 도 2 중 세척장치 부분이 확대된 사진이고,
도 4는 본 발명의 방법으로 3차원 프린팅 구조체가 세척되고 있음을 확인할 수 있는 사진이고,
도 5는 기존의 세척방법과 본 발명의 세척방법에 따라 세척된 3차원 프린팅 구조체의 상태를 보여주는 사진이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세척 공정 및 이에 따라 제조된 이종소재 3차원 프린팅 구조체를 보여주는 사진이고,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 상부 조감도이고,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 측면도이고,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 세척장치의 사시도를 도시한 것이고,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 세척장치의 측면도를 도시한 것이고,
도 11은 세척 유체 공급부의 세척 노즐 확대도이고,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 다른 세척장치의 사시도를 도시한 것이고,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 다른 세척장치의 측면도를 도시한 것이고,
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 다른 세척장치의 사시도를 도시한 것이고,
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법의 순서도를 도시한 것이고,
도 16은 3차원 구조체의 세척조건 및 세척 용매에 따른 세척효과를 나타낸 것이고,
도 17은 3차원 구조체의 초음파 세척조건 및 세척 용매에 따른 세척효과를 나타낸 것이고,
도 18은 3차원 구조체의 분무 세척조건 및 세척 용매에 따른 세척효과를 나타낸 것이고,
도 19는 3차원 구조체의 분무 세척조건 및 세척 용매에 따른 세척효과를 나타낸 것이고, 및
도 20은 본 발명의 방법으로 세척을 수행한 것과 하지 않은 것을 비교하는 원소분석용 맵핑과 EDX 결과이다.
본 발명은 3차원 프린팅 구조체 세척장치를 제공한다.
본 발명에서 '필름형태'는 대상의 이동방향을 기준으로, 이동방향을 '길이'로, 이동방향의 수직방향을 '폭'으로 정의할 때, 상대적으로 폭은 짧고 길이는 긴 형태를 의미한다.
본 발명은
권취된 필름형태의 흡습지가 풀리면서 공급되는 흡습지 공급부,
필름형태의 흡습지를 권취하면서 회수하는 흡습지 회수부,
상기 공급부와 회수부 사이에서 상기 공급부와 회수부의 상호 동작에 따라 공급부로부터 회수부 방향으로 이동하는 필름형태의 흡습지, 및
상기 필름형태의 흡습지를 기준으로 3차원 프린팅 구조체가 위치하는 흡습지 면의 반대면에 위치하는 지지부
를 포함하는 3차원 프린팅 구조체 세척장치를 제공한다.
이하 본 발명의 세척장치를 각 구성별로 상세히 설명한다.
본 발명의 3차원 프린팅 구조체 세척장치는 권취된 필름형태의 흡습지가 풀리면서 공급되는 흡습지 공급부를 포함한다. 본 발명에서 3차원 구조체를 세척하는 기능을 수행하는 흡습지는 필름형태이고, 예를 들어 롤 형태로 권취된 상태에서, 롤 형태가 풀리면서 흡습지가 공급되게 된다.
또한, 본 발명은 필름형태의 흡습지를 권취하면서 회수하는 흡습지 회수부를 포함한다. 상기 흡습지 공급부에서 풀리면서 공급되는 흡습지는 흡습지 회수부에서 다시 예를 들어 롤 형태로 권취되면서 회수된다.
다음으로, 본 발명의 3차원 프린팅 구조체 세척장치는 상기 공급부와 회수부 사이에서, 상기 공급부와 회수부의 상호 동작에 따라 공급부로부터 회수부 방향으로 이동하는 필름형태의 흡습지를 포함한다. 상기 흡습지는 3차원 프린팅 구조체를 세척하는 기능을 수행하고, 연속적인 세척 공정을 위하여 공급부와 회수부가 서로 연동되어 동작함에 의하여 공급부로부터 회수부 방향으로 이동하게 된다.
이때, 본 발명의 세척장치에 포함되는 흡습지는 먼지를 발생하지 않고 불순물을 포함하지 않으며 이동장력에 견딜 수 있고 표면 요철이 크지 않은 순수 면 등의 소재로 제조될 수 있으나, 3차원 프린팅 구조체를 세척할 수 있는 기능이 있다면, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 3차원 프린팅 구조체 세척장치는 상기 필름형태의 흡습지를 기준으로 3차원 프린팅 구조체가 위치하는 흡습지 면의 반대면에 위치하는 지지부를 포함한다. 본 발명의 세척장치는 3차원 프린팅 구조체가 흡습지와 접촉하는 공정을 통하여 3차원 프린팅 구조체를 세척하기 때문에, 3차원 프린팅 구조체와 접하는 흡습지의 반대면에는 3차원 프린팅 구조체와 흡습지가 접할 때 가하여지는 압력을 지지하기 위한 지지부가 필요하다. 이때, 상기 지지부는 다양한 소재로 구성될 수 있으나, 구조체의 건전성에 영향을 미치지 않고 잔류 소재를 제거할 수 있도록 탄성을 가지고 상기 압력을 흡수할 수 있도록 쿠셔닝 특성이 있는 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 3차원 프린팅 구조체 세척장치는 상기 공급부와 상기 지지부의 사이에 위치하고, 상기 흡습지 공급부로부터 공급되는 흡습지에 필요에 따라 용매를 공급하는 용매 공급부를 더 포함할 수 있다. 용매는 구조체에 직접 분사되지 않도록 흡습지에 적당량을 분사 후 1차 제거된 잔류 소재의 완전제거를 위해 사용된다. 즉, 본 발명의 3차원 프린팅 구조체 세척장치는 흡습지에 반복 스템핑 (stamping)에 의하여 잔류 소재를 1차 제거 후, 예를 들어, 상기 반복 스템핑에 의하여 잔류 소재가 완전히 제거되지 않는 등, 필요한 경우 용매가 공급된 흡습지를 3차원 프린팅 구조체와 접촉시키는 방법으로 3차원 프린팅 구조체를 세척한다. 따라서, 본 발명의 세척장치는 흡습지 공급부와 지지부의 사이에 용매 공급부를 포함하여, 흡습지가 3차원 구조체와 접하기 전에 필요에 따라 흡습지에 용매를 공급할 수 있도록 한다. 용매공급부는 용매의 분사 방향, 방식 및 분사량을 제어할 수 있는 기능을 수행하기 위한 구성을 포함할 수 있다.
이때 본 발명의 용매 공급부에서 사용되는 용매는 이소프로판올 및 에탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 이들의 혼합용매일 수 있고, 상기 용매들은 잔류 소재 제거 후 빠른 건조에 의해 이종 혹은 다종 소재 사용하는 적층 구조체 건전성에 적은 영향을 미치므로 세척액으로 바람직하나 이에 한정하지 않는다.
한편, 상기 지지부는 흡습지가 3차원 프린팅 구조체와 접할 때, 가하여지는 압력을 지지함과 동시에, 3차원 프린팅 구조체 중 세척되어야 하는 면 전체가 흡습지와 상접할 수 있도록 하기 위하여, 상기 지지부의 면적은 흡습지를 사이에 두고 이와 상접하는 3차원 프린팅 구조체의 면적보다 크거나 같은 것이 바람직하다. 만약, 지지체의 면적이 이와 상접하는 3차원 프린팅 구조체의 면적보다 작은 경우, 3차원 프린팅 구조체의 세척이 필요한 면 중 일부가 흡습지와 충분히 접촉하지 못하고, 결국 세척이 충분히 수행되지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 3차원 프린팅 구조체 세척장치에서 흡습지는 프린팅이 진행중인 3차원 프린팅 구조체 중 미경화된 부분의 소재를 제거하는 방법으로 구조체를 세척할 수 있다. 본 발명의 흡습지 또는 용매가 공급된 흡습지는 구조체 중 미경화된 부분의 소재를 제거함으로써, 예를 들어, 서로 다른 복수의 소재로 구조체를 형성시키는 과정에서 복수의 소재가 서로 혼입되어 구조체의 프린팅 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 3차원 프린팅 구조체 세척장치는 다양한 3차원 프린팅 장치에 포함되어, 프린팅 중인 3차원 프린팅 구조체를 세척할 수 있으나, 특히, 복수의 재료 공급부를 갖는 3차원 프린팅 장치에서 하나의 공급부와 또 다른 하나의 공급부 사이에 위치하여, 프린팅 중인 구조체가 하나의 공급부에서 다른 공급부로 이동하는 중간 단계에서 세척이 수행될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 3차원 프린팅 구조체 세척장치에 따르면, 프린팅 중인 구조체의 세척을 위하여 불필요하게 용매를 많이 사용하는 문제점을 해결할 수 있고, 또한, 복수의 소재로 프린팅을 수행하는 경우, 복수의 소재가 서로 혼입되어 프린팅 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 나아가, 세척과정에서 구조체를 브러싱하거나 초음파처리하지 않기 때문에 구조체의 건전성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은
흡습지를 공급하는 단계;
공급된 흡습지를 지지부상에 배치하는 단계;
상기 지지부상에 배치된 흡습지 상에 3차원 프린팅 구조체를 상접시키는 단계;
3차원 프린팅 구조체를 흡습지로부터 이탈시키는 단계; 및
흡습지를 회수하는 단계;
를 포함하는 3차원 프린팅 구조체의 세척방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 세척방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명의 세척방법은 흡습지를 공급하는 단계를 포함한다. 본 발명에서 흡습지는 그 자체가 3차원 프린팅 구조체와 접하여 구조체를 세척하는 기능을 수행할 뿐만 아니라, 이하 설명되는 바와 같이, 추가 세척을 위하여 필요한 경우 3차원 프린팅 구조체를 세척하기 위한 용매를 수용하는 기능을 수행한다.
본 발명의 세척방법은 상기와 같이 공급된 흡습지를 지지부상에 배치하는 단계를 포함한다. 지지부는 이후의 단계에서 흡습지가 3차원 프린팅 구조체와 상접하는 과정에서 흡습지에 가하여지는 압력을 수용하여 흡습지를 지지하는 기능을 수행한다. 이때 지지부는 상기 압력을 수용할 수 있는 소재이면 어떠한 소재로도 제조될 수 있으나, 예를 들어, 상기 압력을 탄성을 갖고 수용할 수 있도록 쿠셔닝 특성이 있는 소재로 제조되는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 세척방법은 지지부 상에 배치된 흡습지 상에 3차원 프린팅 구조체를 상접시키는 단계를 포함한다. 이때 3차원 프린팅 구조체는 다양한 종류의 3차원 프린팅 장치에서 프린팅이 수행 중인 구조체일 수 있고, 예를 들어, 탑다운 방식으로 적층되면서 프린팅되는 구조체일 수 있다. 본 발명의 세척방법은 상기와 같은 구조체를 흡습지와 상접시켜 구조체를 세척한다. 보다 구체적으로는 이와 같은 상접을 통하여 3차원 프린팅 구조체 중 미경화 부분의 소재가 제거되는 방법으로 세척이 수행될 수 있다.
한편, 본 발명의 세척방법에서 흡습지 상에 3차원 프린팅 구조체를 상접시키는 단계에서는 흡습지의 공급과 회수가 중단되는 것이 바람직하다. 즉, 흡습지가 지지부상에 고정된 상태에서 3차원 프린팅 구조체가 흡습지와 상접하는 것이 바람직하다. 만약 흡습지가 이동하면서 3차원 프린팅 구조체와 상접하는 경우에는 예를 들어, 구조체의 일부가 파손되어, 구조체의 건전성이 훼손되는 문제점이 있다.
상기와 같이 세척을 수행한 후, 본 발명의 세척방법은 3차원 프린팅 구조체를 흡습지로부터 이탈시키는 단계를 포함하고, 이처럼 구조체를 흡습지로부터 이탈시킴으로써, 사용된 흡습지를 회수할 준비를 한다.
본 발명의 세척방법은 3차원 프린팅 구조체를 흡습지로부터 이탈시킨 이후, 상기 흡습지를 회수하는 단계를 포함한다. 상기 흡습지의 공급과 흡습지의 회수는 다양한 방법으로 수행될 수 있으나, 예를 들어, 본 발명의 세척장치를 사용하는 경우와 같이, 롤 형태로 흡습지가 권취된 공급부와 회수부가 상호 연동되어 작동함으로써, 공급부에서는 흡습지가 풀리고, 회수부에서는 흡습지가 감기는 방법으로 흡습지가 공급 및 회수될 수 있다.
한편, 본 발명의 세척방법에서는 상기 흡습지를 공급하는 단계로부터 흡습지를 회수하는 단계를 반복하여 수행할 수 있으며, 예를 들어 5 회 이상 상기 과정을 반복할 수 있다. 이는 프린팅 중인 3차원 프린팅 구조체의 세척을 완벽하게 하기 위한 것으로, 완벽한 세척은 최종 완성되는 3차원 프린팅 구조체의 품질에 큰 영향을 미치므로, 세척이 완전히 수행될 때까지 반복하는 것이 바람직하다.
본 발명의 세척방법은 상기와 같이 공급된 흡습지에 용매를 도포하는 단계를 적어도 1회 더 포함할 수 있다. 흡습지는 그 자체로 3차원 프린팅 구조체를 세척하는 기능을 수행하나, 이를 통하여 완벽한 세척이 어려운 경우, 흡습지에 용매를 도포하는 단계를 더 포함하여 세척을 수행할 수 있다. 흡습지는 상기 단계를 통하여 용매를 수용하게 되고, 이후 3차원 프린팅 구조체와 접하면서 상기 흡습지와 용매는 구조체를 세척하게 된다. 이때 본 발명의 세척방법에서 사용되는 용매는 이소프로판올 및 에탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 이들의 혼합용매일 수 있고, 상기 용매들은 잔류 소재 제거 후 빠른 건조에 의해 이종 혹은 다종 소재 사용하는 적층 구조체 건전성에 적은 영향을 미치므로 세척액으로 바람직하나 이에 한정하지 않는다.
본 발명의 3차원 프린팅 구조체 세척방법에 따르면, 프린팅 중인 구조체의 세척을 위하여 불필요하게 용매를 많이 사용하는 문제점을 해결할 수 있고, 또한, 복수의 소재로 프린팅을 수행하는 경우, 복수의 소재가 서로 혼입되어 프린팅 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 나아가, 세척과정에서 구조체를 브러싱하거나 초음파처리하지 않기 때문에 구조체의 건전성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 도 1을 바탕으로 구체적으로 설명한다. 단, 도 1 및 이하 의 설명은 본 발명을 보다 명확하게 설명하고자 하는 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 도 1 및 이하의 설명에 의하여 한정되는 것은 아니다. 특히 용매 공급부(102)는 구체적인 예의 구성으로 포함되고 있는 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 용매 공급부를 포함하는 것으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 세척장치(100)의 일측에는 흡습지(104)가 권취되어 있고, 권취된 흡습지가 풀리면서 흡습지를 공급하는 흡습지 공급부(101)가 있고, 이의 타측에는 흡습지를 다시 권취하면서 회수하는 흡습지 회수부(103)가 위치한다. 또한 흡습지(104)에 용매를 공급하기 위한 용매 공급부(102)가 위치하며, 용매가 공급된 흡습지를 지지하기 위한 지지부(105)가 위치한다. 이때, 흡습지(104)가 지지부(105) 상에 위치하기 전에 흡습지(104)에 용매가 공급되어야 하기 때문에, 용매 공급부(102)는 흡습지 공급부(101)와 지지부(105) 사이에 위치하게 된다. 흡습지 공급부(101)와 흡습지 회수부(103)가 동일한 회전 속도 및 동일한 회전 방향으로 회전함에 따라, 흡습지(105)는 공급부로부터 회수부 방향으로 이동하게 된다. 용매 공급부(102)에 의하여 용매가 공급된 흡습지(104)는 지지부(105) 상에 위치하게 되고, 이 상태에서 스테이지(201)에 고정된 3차원 프린팅 구조체(202)는 하강하여 지지부(105) 상의 흡습지(104)와 상접하게 되고, 이 상태에서 3차원 프린팅 구조체(202)가 세척된다. 세척 후 스테이지(201) 상승에 따라, 3차원 프린팅 구조체(202)는 흡습지(104)로부터 이탈되고, 그 후, 다시 공급부(101)와 회수부(103)가 동일 속도 및 동일 방향으로 회전하여 세척을 수행한 흡습지를 회수하게 된다. 이때, 세척 정도를 고려하여 상기 상접 및 이탈이 복수회 반복될 수 있으며, 바람직하게는 상기 복수회 반복 과정에서 새로운 흡습지가 공급된다. 구체적으로는 지지체에 흡습지 공급, 구조체 상접, 구조체 이탈, 지지체에 새로운 흡습지 공급, 구조체 상접, 구조체 이탈의 과정이 반복되는 것이 바람직하다. 도 4는 이와 같은 반복과정을 통하여 세척이 완벽하게 수행되고 있는 것을 보여주는 사진이다.
도 5는 기존의 세척장치 및 방법과, 본 발명의 세척장치 및 방법에 의하여 수행된 구조체의 세척 결과를 비교하는 사진이다. 기존의 장치와 방법으로 세척된 경우에는 구조체의 건전성이 매우 떨어진 것을 확인할 수 있고, 반면, 본 발명의 세척장치 및 방법에 의하여 수행된 구조체의 경우 이종 소재간 혼입도 전혀 없고, 구조체의 건전성도 매우 우수하다는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 세척장치와 세척방법을 이용하여 세척을 수행하는 과정 및 이를 통하여 얻어진 최종 구조체의 사진이다. 도 6에 따르면, 프린팅 과정에서 이종 소재간의 혼입이 전혀 없이 원하는 구조체를 고품질로 얻을 수 있음을 알 수 있다.
또한, 본 발명은 3차원 구조체의 재료를 공급하는 재료 공급부; 상기 재료 공급부를 통하여 공급된 재료의 두께를 제어하는 두께 제어부; 상기 두께 제어부를 통하여 두께가 제어된 재료를 기설정된 형상으로 경화하는 3차원 프린팅 모듈; 및 상기 3차원 프린팅 모듈에 의해 경화된 3차원 프린팅 구조체를 세척하는 세척 장치를 포함하고, 상기 세척 장치는 권취된 필름형태의 흡습지가 풀리면서 공급되는 흡습지 공급부, 필름형태의 흡습지를 권취하면서 회수하는 흡습지 회수부, 상기 공급부와 회수부 사이에서 상기 공급부와 회수부의 상호 동작에 따라 공급부로부터 회수부 방향으로 이동하는 필름형태의 흡습지, 및 상기 필름형태의 흡습지를 기준으로 3차원 프린팅 구조체가 위치하는 흡습지 면의 반대면에 위치하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 장치를 제공한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치(1000)의 상부 조감도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예를 따르는 3차원 프린팅 장치(1000)는 3차원 구조체의 재료를 공급하는 재료 공급부(1200); 상기 재료 공급부를 통하여 공급된 재료의 두께를 제어하는 두께 제어부(1300); 상기 두께 제어부를 통하여 두께가 제어된 재료를 기설정된 형상으로 경화하는 3차원 프린팅 모듈(1400); 및 상기 3차원 프린팅 모듈에 의해 경화된 3차원 프린팅 구조체를 세척하는 세척 장치(1500)를 포함하고, 상기 세척 장치는 권취된 필름형태의 흡습지가 풀리면서 공급되는 흡습지 공급부, 필름형태의 흡습지를 권취하면서 회수하는 흡습지 회수부, 상기 공급부와 회수부 사이에서 상기 공급부와 회수부의 상호 동작에 따라 공급부로부터 회수부 방향으로 이동하는 필름형태의 흡습지, 및 상기 필름형태의 흡습지를 기준으로 3차원 프린팅 구조체가 위치하는 흡습지 면의 반대면에 위치하는 지지부를 포함한다.
본 발명의 실시예를 따르는 3차원 프린팅 장치는 적층식 프린팅 장치이며, 상층에서 하층으로 단층이 적층되는 방식일 수 있다. 즉, 3차원 프린팅 장치는 프린팅 재료의 일층이 형성되고 일층의 하단면에 상접하는 타층이 적층되는 하향식 방식(top-down)이 적용되는 프린팅 장치일 수 있다. 3차원 프린팅 장치는 주입되는 프린팅 재료 및 프린팅 되어 형성되는 다층 3차원 구조체에 따라 의학적, 공학적 등과 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 특히, 다양한 분야에서 이종 소재 프린팅이 필요한 경우에 한 층을 이종의 다종 소재로 형성시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예를 따르는 3차원 프린팅 장치는 상기의 적층식 프린팅 장치에 제한되지 않고, 재료 압출(Material Extrusion) 3차원 프린팅 장치, 광중합(Vat photopolymerization) 3차원 프린팅 장치, 분말적층용융(Powder bed fusion) 3차원 프린팅 장치, 접착제 분사(Binder jetting) 3차원 프린팅 장치, 재료 분사(Material jetting) 3차원 프린팅 장치, 시트 라미네이션(Sheet lamination) 3차원 프린팅 장치, 및 직접 에너지 증착(directed energy deposition, DED) 3차원 프린팅 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 재료 공급부는 적어도 일 종의 단일 재료를 공급할 수 있다. 상기 재료 공급부에 공급되는 재료는 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함할 수도 있다. 원소 탄소의 동소체는 비정질 탄소, 그라파이트, 그래핀, 다이아몬드 또는 풀러렌을 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 3차원 프린팅 장치는 재료 공급부로부터 공급된 재료를 이송하는 재료 이송부를 더 포함할 수 있고, 상기 재료 이송부에 의해 상기 재료 공급부로부터 공급된 재료를 이송하는 경우 라인 방식으로 재료가 공급될 수 있고, 라인이 권취되는 적어도 하나 이상의 롤 부재, 롤 부재를 구동시키는 모터, 및 롤 부재의 높이를 조절하는 높이 조절 부재를 포함할 수 있다.
상기 재료 공급부는 혼합용 스크류가 장착된 실린지 타입, 혼합용 교반기가 장착된 압출용기 타입 및 재료를 면 도포하는 슬러리 공급판 타입 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 실린지 타입의 재료 공급부는 프린팅 재료를 내부에 수용하는 실린더; 실린더 내부에 장착되는 혼합용 스크류; 프린팅 재료를 라인 상에 압출하는 압출 주사기; 및 압출 주사기의 상하 운동을 유도하는 유압 모터를 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 측면도이다. 도 8을 참조하면, 재료 이송부(1100)는 롤 부재(1110), 모터(1120), 높이 조절 부재(1130)를 포함할 수 있다.
상기 재료 이송부는 적어도 한 개 이상의 필름을 공급할 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 재료 이송부는 복수의 라인을 포함할 수 있다. 즉, 재료 이송부는 도 7과 같이 2개의 상이한 라인이 포함되어 필름을 공급할 수 있다. 상이한 라인으로 제공되는 재료 이송부는 3차원 프린팅 모듈이 이동하여 경화-세척/건조-경화-세척 건조의 단계를 연속적으로 수행하도록 유도할 수 있다. 특히, 3차원 프린팅 모듈이 회전형으로 제공되는 경우 반복적인 회전으로 인하여 경화 - 세척/건조 - 경화 - 세척/건조의 각 단계를 연속적으로 수행하도록 유도할 수 있다. 사용자는 재료 이송부의 라인을 가/감하여 회전형 3차원 프린팅 모듈의 회전반경을 변경할 수 있다. 또한, 단일 재료 이송부가 제공되는 경우 3차원 프린팅 모듈의 회전각을 감소하여 프린팅 장치의 부피를 축소시킬 수 있다.
한편, 재료 이송부는 단일 라인에서 다종의 필름을 공급할 수 있다. 각각의 재료 이송부는 8a, 8b, 8c와 같이 다양한 종류의 필름을 공급할 수 있다. 사용자는 기설정된 형상에 따라 다종의 필름을 선택적으로 공급할 수 있다.
본 실시예에서, 롤 부재는 권취된 라인을 평평하게 유지하면서, 사용된 필름을 회수할 수 있다. 이때, 높이 조절 부재는 필름이 회수되는 높이를 조절할 수 있다. 롤 부재는 하나 이상이 구비될 수 있으며, 복수의 롤 부재가 구비되는 경우 각각의 롤 부재의 반경은 상이할 수 있다.
모터는 롤 부재를 구동시킬 수 있다.
본 실시예에서, 모터 롤 부재와 직/간접적으로 연결되어 롤 부재의 회전 운동을 유도할 수 있다. 모터는 롤 부재의 회전 속도를 조절할 수 있다. 모터는 구비된 롤 부재와 동일하게 구비되거나, 단수의 모터가 단수의 롤 부재에 연결되어 롤 부재를 구동시킬 수 있다.
높이 조절 부재는 롤 부재의 높이를 조절할 수 있다.
본 실시예에서, 높이 조절 부재는 필름이 회수되는 높이와 롤 부재의 일면이 상접할 수 있도록 높이를 조절할 수 있다. 높이 조절 부재는 재료 이송부의 설계 형태에 따라 롤 부재 또는 모터의 높이를 조절할 수 있다.
상기 3차원 프린팅 모듈은 상기 재료 공급부 또는 재료 이송부에 의해 공급된 3차원 프린팅 재료를 기설정된 형상으로 경화하여 3차원 프린팅 구조체를 형성할 수 있다.
상기 3차원 프린팅 모듈은 회전 이동형, 수평 이동형 및 수직 이동형 중 적어도 하나를 포함하는 방식으로 제공될 수 있으며, 상기 재료 공급부 및 재료 이송부가 제공되는 형태에 따라 재료를 순차적으로 경화시키기 위한 모든 이동방식이 적용될 수 있다. 한편, 회전형으로 제공되는 3차원 프린팅 모듈은 지정된 각도로 회전할 수 있다. 후술하는 과정에서는 일 실시예로 회전형 3차원 프린팅 모듈이 일부 기재된다. 다만, 회전형 3차원 프린팅 모듈의 회전이동을 제외한 내용은 상이한 이동방식이 적용된 3차원 프린팅 모듈에서도 동일하게 적용될 수 있다.
상기 회전형 3차원 프린팅 모듈이 회전하는 각도는 구비된 재료 이송부의 라인 수에 따라 변경될 수 있다. 단수의 재료 이송부가 제공되는 경우, 회전형 3차원 프린팅 모듈의 회전 반경은 재료 이송부와 세척장치 사이에 형성된 각도로 설정되어 해당 각도내에서 회전할 수 있다. 또한, 복수의 재료 이송부 및 세척장치가 제공되는 경우, 회전형 3차원 프린팅 모듈의 회전 반경 및 회전 및 이동방향은 다양한 방식으로 설정될 수 있다.
한편, 상기 회전형 3차원 프린팅 모듈은 제1 프린팅 재료가 경화된 단층의 일부가 부착된 상태로 수평방향으로 회전하여 제2 프린팅 재료가 충진된 라인의 필름과 평행한 위치에 제1 프린팅 재료가 경화된 단층의 일부를 위치시켜 경화시킴으로써 상이한 성분으로 구성된 단층을 형성할 수 있다.
회전형 3차원 프린팅 모듈은 재료 이송부의 일 라인 상의 프린팅 재료를 경화하여 단층의 일부를 형성하고, 재료 이송부의 타 라인으로 단층의 일부가 부착된 상태로 수평방향으로 회전하여 재료 이송부의 타 라인 상의 프린팅 재료가 단층의 일부와 동일 평면 상에서 상접하여 경화함으로써 상이한 성분으로 구성되는 단층을 형성할 수 있다.
본 실시예에서, 재료 공급부는 제1 라인(1100a)에 포함된 단일 필름을 충진할 수 있다. 충진된 필름은 3차원 프린팅 모듈에 의해 경화될 수 있다. 해당 실시예에서 우선 충진된 프린팅 재료는 제1 프린팅 재료(A)로 정의한다. 제1 프린팅 재료(A)가 경화된 단층은 회전형 3차원 프린팅 모듈에 부착되어 수평회전을 통해 타 라인(1100b)으로 이동할 수 있다. 경화된 제1 프린팅 재료(A)는 타 라인(1100b)에서 제2 프린팅 재료(B)가 충진된 필름으로 침지될 수 있다. 제1 및 제2 프린팅 재료의 구분은 순서를 구분하기 위함이며, 동일한 재료이거나 상이한 재료일 수 있다. 3차원 프린팅 모듈은 제1 프린팅 재료(A)가 침지된 제2 프린팅 재료(B)를 경화시킬 수 있다. 이를 통해, 회전형 3차원 프린팅 모듈은 상이한 재료로 구성되고 동일한 평면에서 상접하는 단층을 형성할 수 있다.
3차원 프린팅 모듈은 재료 이송부의 일 라인 상의 프린팅 재료를 경화하여 단층을 형성하고, 재료 이송부의 타 라인으로 단층이 부착된 상태로 이동하여 재료 이송부의 타 라인 상의 프린팅 재료가 단층과 서로 다른 평면상에서 상접하여 경화함으로써 단일 성분으로 구성된 단층을 형성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 3차원 프린팅 모듈(1400)은 광 조사 유닛(1410); 상기 프린팅 재료가 공급된 라인이 안치되는 기판(1420); 상기 라인 상의 프린팅 재료가 부착되는 빌드 플레이트(1430); 내부에 상기 광 조사 유닛, 기판, 빌드 플레이트를 저장하고, 상기 재료 이송부와 평행한 방향으로 이동할 수 있는 프린팅 챔버(1440); 및 상기 프린팅 챔버의 공기를 제거하는 진공 펌프(1450)를 포함할 수 있다.
상기 광 조사 유닛(1410)은 레이저, 적외선(IR), 전자기 빔, 레이저 빔, 전자 빔, 플라즈마 빔, 또는 마이크로파 빔 중 적어도 하나를 포함하는 에너지원을 공급할 수 있다.
상기 광 조사 유닛(1410)은 일 예로 상기 3차원 프린팅 모듈의 하부에 위치하여 상부 방향으로 광을 조사할 수 있다. 광 조사 유닛은 3차원 프린팅 모듈과 동시에 이동할 수 있다. 광 조사 유닛은 기판으로 광을 조사할 수 있다. 광 조사 유닛에서 조사되는 광은 기판을 투과하여 필름으로 조사될 수 있다. 광 조사 유닛은 프린팅 재료의 경화에 필요한 다양한 종류의 광을 조사할 수 있다. 광 조사 유닛에서 조사된 광은 필름의 크기, 형상에 따라 굴절 또는 산란되어 조사될 수 있다. 광 조사 유닛은 파장, 세기 등의 조건이 설정되어 광을 조사할 수 있다.
상기 기판(1420)은 상기 광 조사 유닛으로부터 조사된 광을 투과시키기 위해 투명한 소재로 제공될 수 있고, 또한, 상하로 구동되어 상기 기판의 상면에 안치된 상기 프린팅 재료의 높이를 조절할 수 있다.
상기 프린팅 챔버(1440)는 내부에 광 조사 유닛, 기판, 빌드 플레이트를 저장하고, 재료 이송부와 평행하게 이동할 수 있다.
본 실시예에서, 프린팅 챔버는 광 조사 유닛, 기판 및 빌드 플레이트를 저장하는 용기로 이해될 수 있다. 프린팅 챔버는 진행되는 프린팅 공정에 따라 이동할 수 있다. 프린팅 챔버는 구조체의 품질을 향상시키기 위해 내부를 진공 상태로 유지하거나 압력을 낮추기 위한 추가 구성이 요구될 수 있다.
진공 펌프(1450)는 프린팅 챔버 내부의 기체를 제거할 수 있다.
본 실시예에서, 진공 펌프는 프린팅 챔버의 내부에 마련되거나 외부에 연결될 수 있다. 진공 펌프는 프린팅 되어 형성되는 3차원 구조체의 품질을 높이기 위한 구성요소로 이해될 수 있다. 특히, 진공 펌프는 프린팅 챔버 내부에 위치한 기판에 필름 및 프린팅 재료가 부착되기 위한 최적의 조건을 제공하기 위해 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예는 대한민국 특허출원번호 제10-2017-0092991호 기재된 내용 중 본 발명과 관련된 모든 내용을 포함한다.
일 예로, 본 발명의 실시예를 따르는 3차원 프린팅 장치는 적어도 두 개 이상의 라인을 포함하는 재료 이송부; 상기 재료 이송부의 각 라인 상에 적어도 일 종의 프린팅 재료를 공급하는 재료 공급부; 상기 재료 공급부를 통하여 공급된 재료의 두께를 제어하는 두께 제어부; 및 상기 두께 제어부를 통하여 두께가 제어된 재료를 기설정된 형상으로 경화하고, 일 라인상의 재료를 경화한 후, 타 라인으로 이동하여 상기 타 라인 상의 재료를 경화하는 3차원 프린팅 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 일 예로, 본 발명의 실시예를 따르는 3차원 프린팅 장치는 상기 프린팅 재료의 일층이 형성되고 상기 일층의 하단면에 상접하는 타층이 적층되는 하향식 방식(top-down)이 적용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 일 예로, 본 발명의 실시예를 따르는 3차원 프린팅 장치는 상기 재료 이송부는, 상기 라인이 권취되는 적어도 하나 이상의 롤 부재; 상기 롤 부재를 구동시키는 모터; 및 상기 롤 부재의 높이를 조절하는 높이 조절 부재를 포함할 수 있다.
또한, 일 예로, 본 발명의 실시예를 따르는 3차원 프린팅 장치의 상기 프린팅 모듈은, 상기 재료 이송부의 일 라인 상의 상기 프린팅 재료를 경화하여 단층의 일부를 형성하고, 상기 재료 이송부의 타 라인으로 상기 단층의 일부가 부착된 상태로 이동하여 상기 재료 이송부의 타 라인상의 프린팅 재료가 상기 단층의 일부와 동일 평면 상에서 상접하여 경화함으로써 상이한 성분으로 구성되는 단층을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 일 예로, 본 발명의 실시예를 따르는 3차원 프린팅 장치의 상기 3차원 프린팅 모듈은, 상기 재료 이송부의 일 라인 상의 상기 프린팅 재료를 경화하여 단층을 형성하고, 상기 재료 이송부의 타 라인으로 상기 단층이 부착된 상태로 이동하여 상기 재료 이송부의 타 라인 상의 프린팅 재료가 상기 단층과 서로 다른 평면상에서 상접하여 경화함으로써 단일 성분으로 구성된 단층을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치는 제1 세척장치 및 제1 건조 모듈을 포함할 수 있고, 또는 제1 세척장치, 제2 세척장치 및 제1 건조 모듈을 포함할 수 있다. 상기 세척장치 및 건조 모듈은 본 발명의 실시예를 따르는 3차원 프린팅 장치가 사용되는 환경에 따라 특정 개수에 제한되지 않고 다양한 구성으로 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 프린팅 장치의 세척 장치는 권취된 필름형태의 흡습지가 풀리면서 공급되는 흡습지 공급부, 필름형태의 흡습지를 권취하면서 회수하는 흡습지 회수부, 상기 공급부와 회수부 사이에서 상기 공급부와 회수부의 상호 동작에 따라 공급부로부터 회수부 방향으로 이동하는 필름형태의 흡습지, 및 상기 필름형태의 흡습지를 기준으로 3차원 프린팅 구조체가 위치하는 흡습지 면의 반대면에 위치하는 지지부를 포함한다.
본 발명의 세척장치의 구체적인 구성들에 대한 설명은 상기한 바와 같다.
본 발명의 실시예를 따르는 3차원 프린팅 장치는 회수 모듈을 더 포함할 수 있고, 상기 회수 모듈은 재료 이송부에 공급되어 회전형 3차원 프린팅 모듈에서 사용되지 않은 프린팅 재료를 회수할 수 있다. 회수 모듈은 재료 이송부상에 공급되어 사용되지 않은 프린팅 재료를 분리하여 회수할 수 있으며, 회수한 프린팅 재료를 재료 공급부로 재공급 할 수 있다. 이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치는 최초 주입된 프린팅 재료를 반복적으로 사용할 수 있다. 이를 통해, 3차원 프린팅 장치는 프린팅 재료의 사용 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 재료 공급부, 재료 이송부, 두께 제어부, 3차원 프린팅 모듈 및 세척장치 중 적어도 하나를 이송시키는 이송수단을 더 포함할 수 있다. 상기 이송수단은 재료 공급부, 재료 이송부, 두께 제어부, 3차원 프린팅 모듈 및 세척장치와 작동적으로 연결되어, 재료 공급부, 재료 이송부, 두께 제어부, 3차원 프린팅 모듈 및 세척장치를 소정의 위치로 이동시키고 위치를 제어할 수 있다. 상기 이송 수단은 특별히 제한되지 않고, 선형 또는 유선형으로 위치를 제어하는 매니퓰레이터(manipulator)일 수 있다.
또한, 본 발명은 3차원 구조체의 재료를 공급하는 재료 공급부;
상기 재료 공급부를 통하여 공급된 재료의 두께를 제어하는 두께 제어부;
상기 두께 제어부를 통하여 두께가 제어된 재료를 기설정된 형상으로 경화하는 3차원 프린팅 모듈; 및
상기 3차원 프린팅 모듈에 의해 경화된 3차원 프린팅 구조체를 세척하는 세척 장치를 포함하고,
상기 세척 장치는 세척 유체를 공급하는 세척 유체 공급부, 상기 세척 유체를 배출하는 세척 유체 배출부, 및 세척이 수행되는 세척 챔버를 포함하는 3차원 프린팅 장치를 제공한다.
상기 3차원 프린팅 장치에서 세척 장치를 제외한 나머지 구성은 상기한 바와 같다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 세척장치의 사시도를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 세척장치의 측면도를 도시한 것이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 세척장치(1500)은 상기 세척장치는 세척 유체를 공급하는 세척 유체 공급부(1520), 상기 구조체의 세척을 수행한 세척 유체를 배출하는 세척 유체 배출부(1530), 및 상기 구조체의 세척이 수행되는 세척 챔버(1510)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 세척 유체 공급부는 상기 세척 챔버의 일 측면 및 이에 대향되는 다른 측면에 배치될 수 있고, 3차원 프린팅 구조체를 측면에서 세척할 수 있다. 또한, 상기 세척 유체 공급부는 세척 방향이 조절될 수 있는 노즐과 같은 형태로 제공될 수 있다.
상기 세척 유체 공급부는 세척 유체 컨트롤러(1523), 세척 유체 공급라인(1522), 및 세척 노즐(1521)을 포함할 수 있다. 상기 세척 유체 공급부는 액체 상태 또는 기체 상태의 세척 유체를 공급할 수 있고, 상기 세척 유체가 액체인 경우, 상기 세척 유체는 물, 유기 용매, 및 혼합 용매 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 세척 유체는 사용되는 3차원 프린팅 구조체의 소재에 따라 상기 3차원 프린팅 구조체의 부식 또는 손상을 주지 않는 유체라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
또한, 상기 세척 유체 컨트롤러는 상기 세척 유체를 소정의 온도로 가열 및 냉각할 수 있는 가열 및 냉각수단을 더 포함할 수 있다.
도 11은 세척 유체 공급부의 세척 노즐 확대도이다.
도 11을 참조하면, 상기 세척 유체 공급부의 세척 노즐(1521)은 상기 세척 공급부 컨트롤러와 유체적으로 연결되고, 상기 세척 노즐은 소정의 분사 직경을 갖는 적어도 하나의 제1 분사구 및 상기 제1 분사구보다 작은 분사 직경을 갖는 적어도 하나의 제2 분사구를 포함할 수 있다.
상기 세척 노즐은 미세 분무 노즐일 수 있다. 상기 세척 노즐은 미세하게 유체를 분무하여 3차원 구조체의 물리적인 손상 없이 세척을 수행할 수 있다.
상기 세척 유체 공급부는 100mbar 내지 10bar의 압력으로 세척 유체를 공급할 수 있다. 상기 세척 유체의 압력으로 상기 3차원 프린팅 구조체의 경화되지 않은 3차원 프린팅 재료를 세척할 수 있고, 상기 3차원 프린팅 구조체가 적층식 방식으로 형성되는 경우 원하지 않는 이종 재료의 혼합을 방지할 수 있다.
상기 세척 유체 배출부는 상기 3차원 프린팅 구조체를 세척한 세척 유체를 배출할 수 있고, 음압을 인가할 수 있는 진공 펌프와 같은 흡입수단과 연결되어 세척 유체를 배출할 수 있다.
상기 세척 챔버는 상기 3차원 프린팅 구조체의 세척이 수행되는 세척 챔버의 내부 공간과 상기 세척 챔버의 외부 공간을 분리시키는 세척 챔버 덮개를 더 포함할 수 있다. 상기 세척 챔버 덮개는 세척 유체가 3차원 프린팅 장치의 내부로 유입되어 장치의 오작동이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 상기 세척 챔버와 3차원 프린팅 장치가 유체적으로 분리되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 3차원 프린팅 장치는 상기 세척장치의 일 측에 이웃하여 배치되고, 상기 3차원 프린팅 구조체를 건조시키는 건조 모듈을 더 포함하고, 상기 건조 모듈은 건조 유체를 공급하는 건조 유체 공급부, 건조 유체를 배출하는 건조 유체 배출부 및 건조가 수행되는 건조 챔버를 포함할 수 있다.
상기 건조 유체 공급부는 건조 유체 컨트롤러, 건조 유체 공급라인, 및 건조 노즐을 포함할 수 있다. 상기 건조 유체 컨트롤러는 상기 건조 유체를 소정의 온도로 가열 및 냉각할 수 있는 가열 수단 및 냉각 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 건조 유체는 상기 3차원 구조체를 손상시키지 않는 기체라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
본 실시예에서, 세척장치는 회전형 3차원 프린팅 모듈 내부에서 경화된 프린팅 재료를 세척 또는 건조할 수 있다. 상기 세척장치가 구비됨으로써 단층과 단층을 상접시키는 소요시간이 감소할 수 있다. 상기 세척장치는 필요에 따라 단수 또는 복수로 제공될 수 있다. 상기 세척장치를 통해 공급 라인간에 이종 소재를 공급할 경우 소재가 혼합되는 것을 방지할 수 있다.
전술한 과정에서 이종의 3차원 프린팅 재료를 이용하여 3차원 프린팅 구조체를 형성하는 경우, 제1 프린팅 재료는 경화된 이후 세척장치로 이동하여 세척 및 건조될 수 있으며, 해당과정은 제1 프린팅 재료 와 제2 프린팅 재료 가 동일한 단층을 형성하는 과정에서 혼합되는 것을 방지하기 위한 과정으로 이해될 수 있다. 또한, 해당과정을 통해 제1 프린팅 재료 중 경화되지 않은 재료를 세척함으로써 제2 프린팅 재료 가 경화되기 위한 영역을 제공할 수 있으며, 이를 통해 기설정된 특성에 따라 상이한 재료를 포함하는 단층을 형성할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 다른 세척장치의 사시도를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 다른 세척장치의 측면도를 도시한 것이다.
도 12 및 도 13 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치는 세척 챔버 내에 배치된 건조 유체 공급부(1540)를 더 포함할 수 있고, 이를 통해 하나의 챔버에서 세척 및 건조를 동시에 수행할 수 있다. 상기 건조 유체 공급부는 건조 유체 컨트롤러(1543), 건조 유체 공급라인(1542), 및 건조 노즐(1541)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 건조 유체 컨트롤러는 상기 건조 유체를 소정의 온도로 가열 및 냉각할 수 있는 가열 및 냉각수단을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치는 상기 세척장치의 일측에 배치되고, 건조 유체 공급부, 건조 유체 배출 부 및 건조 챔버를 포함하는 건조 모듈을 포함할 수 있다. 이를 통해, 세척 및 건조를 별도의 분리된 공간에서 수행할 수 있는 3차원 프린팅 장치를 제공할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 다른 세척장치의 사시도를 도시한 것이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 다른 세척장치는 세척 노즐을 제1방향 또는 제2방향으로 이동시키는 세척 노즐 구동 모듈을 더 포함할 수 있고, 또한, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 다른 세척장치는 상기 건조 노즐을 제1방향 또는 제2방향으로 이동시키는 건조 노즐 구동 모듈을 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 3차원 구조체의 형상에 적합하게 세척 유체 및 건조 유체를 공급하여 상기 3차원 구조체를 효과적으로 세척 및 건조시킬 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예를 따르는 3차원 프린팅 방법은 적어도 하나의 재료를 공급하는 단계; 상기 공급된 재료를 3차원 구조체로 출력하는 단계; 및 상기 출력된 3차원 구조체를 세척하는 단계를 포함하고, 상기 세척하는 단계는 세척 유체를 이용하여 침지법, 분무법 및 분사법 중 적어도 하나의 방법에 의해 수행된다.
먼저, 적어도 하나의 재료를 공급하는 단계를 설명한다.
상기 재료는 적어도 하나의 단일 재료를 공급할 수 있다. 상기 재료 공급부에 공급되는 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함할 수도 있다. 원소 탄소의 동소체는 비정질 탄소, 그라파이트, 그래핀, 다이아몬드 또는 풀러렌을 포함할 수도 있다.
적어도 하나의 재료를 공급하는 단계는 일종 이상의 3차원 프린팅 재료가 구비된 재료 공급부를 통해 다양한 타입 중 적어도 어느 한 타입의 재료를 3차원 프린팅 장치의 재료 이송부에 공급할 수 있다. 또한, 상기 공급된 재료는 롤 부재 또는 레벨링 부재를 이용하여 기설정된 두께로 조절될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예를 따르는 3차원 프린팅 방법은 적어도 하나의 재료를 공급하는 단계 수행 후에 상기 공급된 재료를 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 공급된 재료를 3차원 구조체로 출력하는 단계를 설명한다.
상기 공급된 재료를 3차원 구조체로 출력하는 단계는 앞선 단계에서 두께가 조절된 프린팅 재료가 3차원 프린팅 모듈의 기판에 배치된 후 경화될 수 있고, 두께가 제어된 프린팅 재료가 3차원 프린팅 모듈의 빌드 플레이트 상에 하면에 상접하게 부착될 수 있다. 상기 공급된 재료를 3차원 구조체로 출력하는 단계는 3차원 프린팅 모듈로 공급된 3차원 프린팅 재료가 상기 빌드플레이트 상에 배치되고, 에너지원이 조사되어 경화될 수 있다.
상기 3차원 프린팅 구조체가 복수의 층상 구조로 형성되는 경우, 앞선 재료를 공급하는 단계는 적어도 하나의 재료를 공급하는 단계 및 상기 공급된 재료를 3차원 구조체로 출력하는 단계는 반복되어 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 출력된 3차원 구조체를 세척하는 단계를 설명한다.
앞선 단계에서 3차원 구조체가 소정의 형상으로 형성된 후, 필요에 따라 3차원 프린팅 모듈은 세척장치로 이동할 수 있다. 3차원 프린팅 모듈은 필름에 충진된 프린팅 재료의 적어도 일부 영역을 경화할 수 있고 이를 통해 상이한 성분으로 구성된 단층을 형성할 수 있다. 또한, 3차원 프린팅 모듈은 필름에 충진된 프린팅 재료의 전체를 경화할 수 있고 이를 통해 단일한 성분으로 구성된 단층을 형성할 수 있다.
상기 출력된 3차원 구조체를 세척하는 단계는 세척 유체를 이용하여 침지법, 분무법 및 분사법 중 적어도 하나의 방법에 의해 수행될 수 있다. 또한, 상기 세척 유체는 물, 유기용매, 및 혼합용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 출력된 3차원 구조체를 세척하는 단계 수행 후에 상기 3차원 구조체를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 건조하는 단계는 소정의 온도로 냉각 및 가열된 건조 유체에 의해 수행될 수 있다.
도 16은 3차원 구조체의 세척조건 및 세척 용매에 따른 세척효과를 나타낸 것이다.
도 16을 참조하면, 소정의 미세한 모 크기를 갖는 브러쉬를 이용하여 1차 세척 후 에탄올, 에탄올/물 혼합 용매(70:30), IPA 및 아세톤을 용매로 하여 2차 세척을 수행하였고, 브러쉬의 사용으로 미반응된 슬러리와 완전히 경화되지 않은 그린바디가 함께 씻겨나옴으로 인해, 표면에 파손이나 요철이 생기는 것을 확인하였다. 또한, 세척용매로 에탄올, 에탄올/물 혼합 용매(70:30), IPA 및 아세톤을 사용하였을 때는 점성이 제일 높은 IPA를 용매로 사용할 때 결함없이 매끄러운 표면이 유지되면서 세척이 되는 것을 확인하였다.
도 17은 3차원 구조체의 초음파 세척조건 및 세척 용매에 따른 세척효과를 나타낸 것이다. 도 17의 초음파 세척기에 IPA를 3차원 구조체가 침지될 정도로 충분히 채운 후 초음파 조건을 달리하면서, 초음파의 강도 및 시간에 따라 3차원 구조체에 가해지는 힘이 다르므로 진폭과 시간을 제어하여 그 영향을 평가하였습니다.
도 17을 참조하면, 높은 진폭에서 짧은 시간 진행하는 것이 3차원 구조체에 영향없이 세척이 잘 진행되는 것을 확인하였으나, 최적의 조건에서도 3차원 구조체 레이어간 벌어짐 현상과 표면거칠기에 영향을 미치는 것이 확인되었으며, 이를 통해 초음파 세척은 3차원 구조체의 세척에 바람직하지 않음을 확인하였다.
도 18은 3차원 구조체의 분무 세척조건 및 세척 용매에 따른 세척효과를 나타낸 것이다. 도 18에서 상기 3차원 구조체에 물리적인 외력을 최소화하기 위해 미스트 형태로 세척 용매를 미세 분무 가능한 분무 장치를 이용하여 세척을 수행하였고, 세척 용매로는 IPA, 에탄올, IPA/물 혼합 용액, PGEMA/IPA 혼합 용액(50:50)을 사용하였다.
도 18을 참조하면, 분무 장치를 이용한 미세 분무 조건에서도 IPA를 세척용매로 사용하였을 때 3차원 구조체에 미치는 영향이 가작 적은 것을 알 수 있다.
도 19는 세척장치에 의한 3차원 구조체의 세척 전 및 세척 후의 세척효과를 나타낸 것이다. 도 19는 앞서 설명한 도 11의 분무 가능한 세척 노즐을 사용하여 3차원 구조체의 세척을 수행한 것이다.
도 19를 참조하면, 3차원 구조체의 표면에 미반응된 슬러리만을 깨끗하게 제거하는 것을 알 수 있고, 경화되지 않은 그린바디의 손실은 확인되지 않았다.
도 20은 2종 소재를 이용하여 3차원 프린팅을 수행하는 과정에서 본 발명의 방법으로 스탬핑 세척을 수행한 것(오른쪽)과 수행하지 않은 것(왼쪽)을 비교한 원소분석용 맵핑과 EDX 결과로, 도 20을 통하여 본 발명의 방법으로 스탬핑 세척을 수행하는 경우 잔류 혼합 소재를 1 % 이하로 억제하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.
<부호의 설명>
100...........세척 장치
101...........흡습지 공급부
102...........용매 공급부
103...........흡습지 회수부
104...........흡습지
105...........지지부
201...........스테이지
202...........3차원 프린팅 구조체
1000: 3차원 프린팅 장치
1100: 재료 이송부
1100a: 제1 라인
1100b: 제2 라인
1110: 롤 부재
1120: 모터
1130: 높이 조절 부재
1200: 재료 공급부
1300: 두께 제어부
1400: 3차원 프린팅 모듈
1410: 광 조사 유닛
1420: 기판
1430: 빌드 플레이트
1431: 오목형 빌드 플레이트
1432: 볼록형 빌드 플레이트
1440: 프린팅 챔버
1450: 진공 펌프
1500: 세척 장치
1510: 세척 챔버
1520: 세척 유체 공급부
1521: 세척 노즐
1522: 세척 유체 공급라인
1523: 세척 유체 컨트롤러
1530: 세척 유체 배출부
1540: 건조 유체 공급부
1541: 건조 노즐
1542: 건조 유체 공급라인
1543: 건조 유체 컨트롤러
1600: 회수 모듈
8, 8a, 8b, 8c: 필름
A, B: 프린팅 재료

Claims (10)

  1. 권취된 필름형태의 흡습지가 풀리면서 공급되는 흡습지 공급부,
    필름형태의 흡습지를 권취하면서 회수하는 흡습지 회수부,
    상기 공급부와 회수부 사이에서 상기 공급부와 회수부의 상호 동작에 따라 공급부로부터 회수부 방향으로 이동하는 필름형태의 흡습지, 및
    상기 필름형태의 흡습지를 기준으로 3차원 프린팅 구조체가 위치하는 흡습지 면의 반대면에 위치하는 지지부
    를 포함하는 3차원 프린팅 구조체 세척장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공급부와 상기 지지부의 사이에 위치하고, 상기 흡습지 공급부로부터 공급되는 흡습지에 용매를 공급하는 용매 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 구조체 세척장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지지부의 면적은 흡습지를 사이에 두고 이와 상접하는 3차원 프린팅 구조체의 면적보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 구조체 세척장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 흡습지는 3차원 프린팅 구조체 중 미경화 부분의 소재를 제거하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 구조체 세척장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 3차원 프린팅 구조체 세척장치는 3차원 프린팅 장치 내의 서로 다른 재료 공급부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 구조체 세척장치.
  6. 흡습지를 공급하는 단계;
    공급된 흡습지를 지지부상에 배치하는 단계;
    상기 지지부상에 배치된 흡습지 상에 3차원 프린팅 구조체를 상접시키는 단계;
    3차원 프린팅 구조체를 흡습지로부터 이탈시키는 단계; 및
    흡습지를 회수하는 단계;
    를 포함하는 3차원 프린팅 구조체의 세척방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 흡습지를 공급하는 단계로부터 흡습지를 회수하는 단계는 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 구조체의 세척방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 공급되는 흡습지에 용매를 도포하는 단계를 적어도 1회 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 구조체의 세척방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 흡습지 상에 3차원 프린팅 구조체를 상접시키는 단계를 통해 3차원 프린팅 구조체 중 미경화 부분의 소재가 제거되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 구조체의 세척방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 상기 흡습지를 공급하는 단계로부터 흡습지를 회수하는 단계의 반복은 적어도 5 회 이상인 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 구조체의 세척방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4008523A1 (de) 2020-12-03 2022-06-08 Lithoz GmbH Verfahren und vorrichtung zum schichtweisen aufbau eines bauteils aus photopolymerisierbarem material
WO2022171661A1 (de) * 2021-02-11 2022-08-18 Homag Gmbh Vorrichtung und verfahren zum reinigen eines beschichtungsmaterials

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05318606A (ja) * 1992-05-26 1993-12-03 Matsushita Electric Works Ltd 三次元形状の形成方法および形成装置
KR20160068564A (ko) * 2014-12-05 2016-06-15 주식회사 포스코 3차원 프린팅 장치
WO2017194224A1 (de) * 2016-05-12 2017-11-16 Exone Gmbh 3d-drucker mit beschichter und beschichter-reinigungsvorrichtung
WO2017208152A1 (en) * 2016-05-30 2017-12-07 Landa Corporation Ltd. Digital printing process and system
KR20180109042A (ko) * 2017-03-24 2018-10-05 한국기계연구원 다종 소재용 3d 프린팅 장치 및 다종 소재 3d 프린팅 방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3288274B2 (ja) 1997-08-28 2002-06-04 シャープ株式会社 スクライブ洗浄機構
KR20110124080A (ko) 2010-05-10 2011-11-16 동우 화인켐 주식회사 필름 표면 세정장치
ES2934103T3 (es) * 2011-01-31 2023-02-16 Global Filtration Systems Dba Gulf Filtration Systems Inc Aparato para fabricar objetos tridimensionales a partir de múltiples materiales solidificables
DE102015103726A1 (de) * 2015-03-13 2016-09-15 Exone Gmbh 3D-Drucker mit Beschichter und Beschichter-Reinigungsvorrichtung
KR101754771B1 (ko) 2015-07-16 2017-07-07 한국기계연구원 세라믹 3차원 프린팅 장치 및 3차원 프린팅 방법
KR20180092786A (ko) * 2017-02-10 2018-08-20 공석태 광경화방식의 3d컬러프린터 구현방법
CN107716363B (zh) * 2017-09-26 2019-10-15 东莞华贝电子科技有限公司 一种电子设备屏幕自动清洁装置
US20190126535A1 (en) * 2017-11-02 2019-05-02 General Electric Company Cartridge plate-based additive manufacturing apparatus and method
KR102022915B1 (ko) 2018-01-18 2019-09-19 이병극 3d 조형물의 후처리 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05318606A (ja) * 1992-05-26 1993-12-03 Matsushita Electric Works Ltd 三次元形状の形成方法および形成装置
KR20160068564A (ko) * 2014-12-05 2016-06-15 주식회사 포스코 3차원 프린팅 장치
WO2017194224A1 (de) * 2016-05-12 2017-11-16 Exone Gmbh 3d-drucker mit beschichter und beschichter-reinigungsvorrichtung
WO2017208152A1 (en) * 2016-05-30 2017-12-07 Landa Corporation Ltd. Digital printing process and system
KR20180109042A (ko) * 2017-03-24 2018-10-05 한국기계연구원 다종 소재용 3d 프린팅 장치 및 다종 소재 3d 프린팅 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4008523A1 (de) 2020-12-03 2022-06-08 Lithoz GmbH Verfahren und vorrichtung zum schichtweisen aufbau eines bauteils aus photopolymerisierbarem material
WO2022171661A1 (de) * 2021-02-11 2022-08-18 Homag Gmbh Vorrichtung und verfahren zum reinigen eines beschichtungsmaterials
CN116917056A (zh) * 2021-02-11 2023-10-20 豪迈公司 用于清洁覆层材料的设备和方法

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