WO2021025307A1

WO2021025307A1 - 미세 구멍 가공 기능을 가진 3d 프린터 및 이를 이용하여 미세 구멍을 가공하는 방법

Info

Publication number: WO2021025307A1
Application number: PCT/KR2020/008985
Authority: WO
Inventors: 홍정욱; 고권환; 이상민
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2021-02-11
Also published as: US20220281167A1; KR102210719B1

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터는 조형판, 제1 레이저부, 제2 레이저부를 포함한다. 조형판은 수조에 담긴 광경화성 액상 수지 속에 배치된다. 제1 레이저부는 수조 및 광경화성 액상 수지 상에 배치되고, 조형판 상의 광경화성 액상 수지에 제1 빔을 조사하여 광경화성 액상 수지를 조형판에 한 층씩 경화하고 적층시켜 구조물을 형성한다. 제2 레이저부는 제1 레이저부와 소정 거리 이격되어 배치되고, 조형판에 광경화성 액상 수지가 경화되어 적층된 구조물에 제2 빔을 조사하여 미세 구멍을 형성한다. 제1 빔은 경화용 자외선 레이저 빔이고, 제2 빔은 레이저 드릴링 기능을 가지는 자외선 고체 레이저 빔이다. 본 발명의 실시 예들에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터를 이용하여 미세 구멍을 가공하는 방법은, 출력하고자 하는 구조물의 x-y 평면 상의 미세 구멍의 위치가 z축 방향의 제1 지점까지 일정하게 가공되도록 설정된 경우에 있어서, 출력하고자 하는 구조물의 모델링 파일이 3D 프린터에 입력되면 제1 레이저부가 제1 빔을 조형판에 조사하고, 이에 따라 수조에 담겨있는 광경화성 액상 수지가 한 층씩 경화되며 적층되어 z축 방향의 제1 지점까지 제1 구조물을 출력하는 제1 단계, z축 방향의 제1 지점까지 출력된 제1 구조물에 제2 레이저부가 제2 빔을 조사하여 제1 구조물에 제1 미세 구멍을 형성하는 제2 단계를 포함한다.

Description

미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터 및 이를 이용하여 미세 구멍을 가공하는 방법

본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 미세 구멍 가공 기능을 가진 SLA 방식 기반의 3D 프린터 및 이를 이용하여 미세 구멍을 가공하는 방법에 관한 것이다.

3D 프린팅(3D printing) 기술은 복잡하고 다양한 형태의 구조물을 별도의 인력이나 제작 기술의 투입 없이 정교하게 제작할 수 있는 기술이다. 현재까지 여러 방식의 3D 프린팅 기술이 개발되었는데, 그 중 가장 많이 사용되는 방식으로는 용융 적층 방식(fused deposition modelling, FDM)과 SLA(stereolithography apparatus) 방식이 있다.

용융 적층 방식(FDM)의 3D 프린터는 재료를 녹인 후 한 층씩 쌓아가는 방식으로 구조물을 생성하는 프린터이고, SLA 방식의 3D 프린터는 광경화적층조형 프린터로써, 자외선을 받으면 굳어지는 성질을 지닌 광경화성 액상 수지(liquid photopolymer)를 이용하여 굳혀가면서 구조물을 만든다. 이 중 용융 적층 방식(FDM)의 3D 프린터가 대중적으로 가장 많이 사용되고 있지만, SLA 방식의 3D 프린터와 비교할 때 완성된 구조물의 정교함이 떨어진다는 단점이 있다. 따라서 전자 패키징 제조와 같이 구조적 정밀성이 요구되는 산업분야에 적용할 때, 도 1과 같은 SLA 방식의 3D 프린터가 더 적합하다고 할 수 있다.

3D 프린팅 기술과 더불어 레이저 미세 구멍 가공 기술은 반도체를 포함한 전자기기, 항공, 의료, 바이오 및 로봇 산업 등 대량 생산 및 정확한 조립을 요구하는 정밀 부품을 필요로 하는 하이테크(hightech) 산업 전분야에 주축으로 사용되는 핵심 기술이다.

레이저를 이용한 미세 구멍 가공 기술은 일반적으로 모든 종류의 금속, 비금속 재질을 대상으로 사용할 수 있으며, 구멍의 크기, 개수 및 깊이 등을 3차원 데이터를 이용하여 조절할 수 있다. 따라서 구멍의 조건에 따라 공구(일반적인 구멍 가공에 사용되는 공구)를 교환하지 않고도, 재료의 표면에 빠르고 정확한 가공이 가능하다.

그러나 종래의 미세 구멍 가공 장비는 반도체, 디스플레이 등의 첨단 전자 산업분야에서 요구되는 효율성을 충족시키지 못하는 경우가 있다. 종래의 기술로는 기존의 제작된 구조물에 대해서만 추가적으로 미세 구멍을 가공할 수 있고, 특정 구조물의 제작 과정 중에는 가공 과정이 함께 수행될 수 없는 것으로 판단된다. 이는 미세 구멍이 생성된 복잡한 형태의 구조물을 제작하기 위해서는 크게 두 가지 작업인, 구조물 제작과 미세 구멍 가공이 독립적으로 수행되어야 하고 부가적으로 인력 및 가공 기술이 투입되어야 함을 의미한다. 또한, 특정 구조물의 부분마다 미세 구멍의 조건(형상, 지름, 밀도) 등을 다르게 하여 생성할 경우에도 가공 과정 사이에 시편의 위치를 변경하고 미세 구멍 가공 조건을 변경하는 등의 부가적인 작업이 수행되어야 한다.

따라서, 별도의 인력 또는 가공 기술의 투입 없이 다양한 형태의 구조물을 정교하게 제작할 수 있고, 구조물에 대해 여러 가지 조건의 미세 구멍을 가공할 수 있는 기술이 필요하다. 또한, 구조물의 제작 과정과 미세 구멍의 가공 과정이 유연하게 번갈아 가며 수행될 수 있는 기술 필요하다. 이를 통해 특정 구조물의 부분마다 미세 구멍의 조건을 다르게 생성하거나, 부분적으로만 미세 구멍을 생성할 수 있다.

[선행기술문헌]

(특허문헌 1) 대한민국 공개특허 제10-2014-0116747호 (공개일자 2014년 10월 06일)

본 발명의 목적은 방열, 공기 순환 및 방수 기능이 잘 이루어질 수 있는 많은 수의 미세 구멍을 가공할 수 있는 3D 프린터 및 이를 이용하여 미세 구멍을 가공하는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 특정 구조물에 미세 구멍의 형태 및 규격의 제약 없이 미세 구멍을 제작할 수 있고, 미세 구멍의 지름 및 개수의 제약 없이 미세 구멍을 제작할 수 있는 3D 프린터 및 이를 이용하여 구조물에 미세 구멍을 가공하는 방법을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명의 목적은 상기 목적들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터는 조형판, 제1 레이저부, 제2 레이저부를 포함한다. 조형판은 수조에 담긴 광경화성 액상 수지 속에 배치된다. 제1 레이저부는 수조 및 광경화성 액상 수지 상에 배치되고, 조형판 상의 광경화성 액상 수지에 제1 빔을 조사하여 광경화성 액상 수지를 조형판에 한 층씩 경화하고 적층시켜 구조물을 형성한다. 제2 레이저부는 제1 레이저부와 소정 거리 이격되어 배치되고, 조형판에 광경화성 액상 수지가 경화되어 적층된 구조물에 제2 빔을 조사하여 미세 구멍을 형성한다. 제1 빔은 경화용 자외선 레이저 빔이고, 제2 빔은 레이저 드릴링 기능을 가지는 자외선 고체 레이저 빔이다.

일 실시 예에 의하면, 제1 레이저부에서 생성된 제1 빔은 제1 스캐너를 거쳐 광경화성 액상 수지에 조사된다. 제2 레이저부에서 생성된 제2 빔은 제2 스캐너를 거쳐 광경화성 액상 수지가 경화되어 적층된 구조물에 조사된다.

일 실시 예에 의하면, 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터는 광경화성 액상 수지가 한 층씩 경화되어 적층된, 한 층의 수지층의 표면을 다듬는 리코터 블레이드를 더 포함한다.

일 실시 예에 의하면, 리코터 블레이드가 한 층의 수지층의 표면을 다듬은 후, 조형판은 수직방향으로 한 층의 두께만큼 이동하여 다시 새로운 한 층의 수지층이 적층되고, 리코터 블레이드가 새로 적층된 한 층의 수지층의 표면을 다듬는 과정을 반복하여 구조물이 형성된다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터를 이용하여 미세 구멍을 가공하는 방법은, 출력하고자 하는 구조물의 x-y 평면 상의 미세 구멍의 위치가 z축 방향의 제1 지점까지 일정하게 가공되도록 설정된 경우에 있어서, 출력하고자 하는 구조물의 모델링 파일이 3D 프린터에 입력되면 제1 레이저부가 제1 빔을 조형판에 조사하고, 이에 따라 수조에 담겨있는 광경화성 액상 수지가 한 층씩 경화되며 적층되어 z축 방향의 제1 지점까지 제1 구조물을 출력하는 제1 단계, z축 방향의 제1 지점까지 출력된 제1 구조물에 제2 레이저부가 제2 빔을 조사하여 제1 구조물에 제1 미세 구멍을 형성하는 제2 단계를 포함한다.

일 실시 예에 의하면, 출력하고자 하는 구조물의 x-y 평면 상의 미세 구멍의 위치가 z축 방향의 제1 지점부터 제2 지점까지 변경되는 경우에, 제1 미세 구멍이 형성된 제1 구조물 상의 광경화성 액상 수지에 제1 레이저부가 다시 제1 빔을 조사하고, 이에 따라 수조에 담겨 있는 광경화성 액상 수지가 한 층씩 경화되며 적층되어, z축 방향의 제2 지점까지 제2 구조물을 출력하는 제3 단계 및, z축 방향의 제2 지점까지 출력된 제2 구조물에 제2 레이저부가 다시 제2 빔을 조사하여 제2 구조물에 제2 미세 구멍을 형성하는 제4 단계를 더 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터 및 이를 이용하여 미세 구멍을 가공하는 방법은 방열, 공기 순환 및 방수 기능이 잘 이루어지는 많은 수의 미세 구멍을 가공할 수 있다.

또한, 특정 구조물에 미세 구멍의 형태 및 규격의 제약 없이 미세 구멍을 제작할 수 있고, 미세 구멍의 지름 및 개수의 제약 없이 미세 구멍을 제작할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 SLA 방식의 3D 프린터를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터를 나타내는 도면이다.

도 3은 3D 프린터에서 리코터 블레이드의 위치를 대략적으로 나타내는 도면이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성요소 중 종래기술에 의하여 통상의 기술자가 명확하게 파악할 수 있고 용이하게 재현할 수 있는 것에 관하여는 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위하여 그 구체적인 설명을 생략하도록 한다.

이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터 및 이를 이용하여 미세 구멍을 가공하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터를 나타내는 도면이고, 도 3은 3D 프린터에서 리코터 블레이드의 위치를 대략적으로 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터는 제1 레이저부(100), 제1 스캐너(110), 제1 빔(120), 제2 레이저부(200), 제2 스캐너(210), 광경화성 수지(500) 및 조형판(build plate, build platform)(400)을 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터는 SLA(stereolithography apparatus) 방식을 기반으로 한다.

SLA 방식의 3D 프린터는 빛의 조사에 의해 광경화성 플라스틱에서 일어나는 중합반응을 이용하여 재료를 고형화하는 방식을 사용한다. 이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터를 구체적으로 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터는 수조(600)에 담긴 광경화성 액상 수지(500) 속에 배치된 조형판(400)을 포함한다.

또한, 수조(600) 및 광경화성 액상 수지(500) 상에 배치되고, 조형판(400) 상의 광경화성 액상 수지(500)에 제1 빔(120)을 조사하여 광경화성 액상 수지(500)를 조형판(400)에 한 층씩 경화하고 적층시켜 구조물(300)을 형성하는 제1 레이저부(100)를 포함한다.

제1 레이저부(100)에서 생성된 제1 빔(120)은 경화용 자외선(ultraviolet rays, UV) 레이저 빔(laser beam)이고, 제1 빔(120)이 제1 스캐너(110)를 거쳐 수조(600)에 담긴 광경화성 액상 수지(500)에 조사된다.

여기서 제1 스캐너(110)는 제1 레이저부(100)에서 송출된 레이저가 조형판(400)의 지정된 좌표에 정확히 도달될 수 있도록 할 수 있다. 제1 스캐너(110)는 검류계(Galvanometer)와 주사거울(x-y scanning mirror)을 포함할 수 있다.

좀더 구체적으로 설명하면, 제1 빔(120)을 수조(500)에 담겨있는 광경화성 액상 수지(500)에 조사하여 광경화성 액상 수지(500)를 한 층(layer)씩 차례대로 경화하고 적층(additive)시켜 구조물(300)을 제작한다.

제1 빔(120)이 조사되는 조형판(400) 상에는 광경화성 액상 수지(500)가 한 층이 경화되고, 리코터 블레이드(recoater blade)에 의해 경화된 한 층의 수지층의 표면이 다듬어진다. 그리고, 조형판(400)이 수직방향(z 축)으로 한 층의 두께만큼 이동하고 다시 새로운 한 층의 수지층이 적층된다. 이와 같은 과정을 거쳐 한 층씩 경화되며 구조물(300)이 제작된다.

즉, 리코터 블레이드는 광경화성 액상 수지(500)가 한 층씩 경화되어 적층된, 한 층의 수지층의 표면을 다듬는다. 리코터 블레이드가 한 층의 수지층의 표면을 다듬은 후, 조형판(400)은 수직방향으로 한 층의 두께만큼 이동하여 다시 새로운 한 층의 수지층이 적층되고, 리코터 블레이드가 새로 적층된 한 층의 수지층의 표면을 다듬는 과정을 반복함으로써 구조물(300)이 형성된다.

도 3을 참조하면, 리코터 블레이드는 x-y 평면의 조형판(400)의 일 단부에 위치(y축으로 길게 위치)할 수 있고, 경화된 한 층의 수지층을 다듬을 때는 전체가 x축 방향으로 움직였다 되돌아오며 수지층을 다듬는다.

본 발명의 실시 예에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터는 제1 레이저부(100)와 소정 거리 이격되어 배치되고, 조형판(400)에 광경화성 액상 수지(500)가 경화되어 적층된 구조물(300)에 제2 빔(220)을 조사하여 미세 구멍을 형성하는 제2 레이저부(200)를 포함한다.

좀더 구체적으로 설명하면, 제2 레이저부(200)는 제1 레이저부(100)로부터 소정 거리 이격되어 배치된다.

제2 레이저부(200)에서 생성된 제2 빔(220)은 레이저 드릴링(Laser drilling) 기능을 가지는 레이저 빔이다. 구체적으로 제2 레이저부(200)에서 방출되는 제2 빔(220)은 UV 고체 레이저 빔이며, 제2 레이저부(200)는 레이저 빔의 파장, 펄스 및 레이저 파워 등의 변수를 조절할 수 있다. 이를 통해 미세 구멍의 위치, 형상, 지름 및 밀도를 사용자가 원하는 목적에 따라 설정하여 생성할 수 있다.

제2 레이저부(200)에서 생성된 제2 빔(220)은 제2 스캐너(210)를 거쳐 구조물(300)에 조사된다.

여기서 제2 스캐너(210)는 제2 레이저부(200)에서 송출된 레이저가 조형판(400)의 지정된 좌표에 정확히 도달될 수 있도록 할 수 있다. 제2 스캐너(210)는 검류계(Galvanometer)와 주사거울(x-y scanning mirror)을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 레이저 드릴링(Laser drilling) 기능이 탑재된 SLA 3D 프린터의 작동 방법은 다음과 같다. 즉, 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터로 구조물에 미세 구멍을 가공하는 방법은 다음과 같다.

출력하고자 하는 구조물(300)의 x-y 평면 상의 미세 구멍의 위치가 z축 방향의 제1 지점까지 일정하게 가공되도록 설정되고, 출력하고자 하는 구조물(300)의 x-y 평면 상의 미세 구멍의 위치가 z축 방향의 제1 지점부터 제2 지점까지 변경되도록 설정될 수 있다. 이렇게 설정된 경우에는 다음과 같은 단계를 거쳐 출력하고자 하는 구조물(300)에 미세 구멍을 가공할 수 있다.

먼저, 출력하고자 하는 구조물(300)의 모델링 파일이 3D 프린터에 입력되면 제1 레이저부(100)가 제1 빔(120)을 조형판(400)에 조사하고, 이에 따라 수조(600)에 담겨있는 광경화성 액상 수지(500)가 한 층씩 경화되며 적층되어 z축 방향의 제1 지점까지 제1 구조물(300)을 출력하는 제1 단계,

z축 방향의 제1 지점까지 출력된 제1 구조물(300)에 제2 레이저부(200)가 제2 빔(220)을 조사하여 제1 구조물(300)에 제1 미세 구멍을 형성하는 제2 단계,

제1 미세 구멍이 형성된 제1 구조물(300) 상에 광경화성 액상 수지(500)에 제1 레이저부(100)가 다시 제1 빔(120)을 조사하고, 이에 따라 수조(600)에 담겨 있는 광경화성 액상 수지(500)가 한 층씩 경화되며 적층되어, z축 방향의 제2 지점까지 제2 구조물(300)을 출력하는 제3 단계 및,

z축 방향의 제2 지점까지 출력된 제2 구조물(300)에 제2 레이저부(200)가 다시 제2 빔(220)을 조사하여 제2 구조물(300)에 제2 미세 구멍을 형성하는 제4 단계를 이용하여 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터로 미세 구멍을 가공할 수 있다.

좀더 구체적으로 설명하면, 사용자는 생성(출력)하고자 하는 구조물(300)의 3D 모델링 파일을 3D 프린터용 소프트웨어에 입력한다. 사용자는 본 구조물(300)에서 미세 구멍의 가공이 필요한 부분을 지정할 수 있다. 미세 구멍은 구조물(300)의 부분적 또는 전체적으로 사용자가 원하는 만큼 지정될 수 있고, 미세 구멍의 형상, 직경 및 지정 구역 내에서의 미세 구멍의 밀도가 설정될 수 있다.

구조물(300)의 모델링 파일이 3D 프린터에 입력되면 제1 레이저부(100)가 제1 빔(120)을 조형판(400)에 조사하고, 이에 따라 수조(500)에 담겨있는 광경화성 액상 수지(500)가 한 층씩 경화되며 적층된다.

구조물(300)을 위에서 내려다 봤을 때 x-y 평면(x축과 y축으로 이루어진 평면) 상의 미세 구멍의 위치가 z축 방향 전체에 걸쳐 일정하게 가공되도록 설정된 경우에는, 제1 레이저부(100)가 제1 빔(120)을 조사하여 구조물(300) 전체를 출력하고 난 후에, 제2 레이저부(200)가 제2 빔(220)을 조사하여 구조물(300)에 미세 구멍을 가공(형성)한다.

이와 달리 구조물(300)의 z축에 따라 미세 구멍의 x-y 평면상에서의 위치가 달라지는 경우가 존재한다.

예를 들어, 미세 구멍의 x-y 평면상에서의 위치가 구조물(300)의 z축 중간(1/2) 지점에서 변경되는 경우가 존재하고, 사용자는 이와 같은 경우를 설정할 수 있다. 구체적으로 구조물(300)의 z축 처음(0/2) 지점부터 중간(1/2) 지점까지는 제1 미세 구명이 존재하고, 구조물(300)의 z축 중간(1/2) 지점부터 마지막(2/2) 지점까지는 제1 미세 구멍과 다른 조건의 제2 미세 구멍이 존재한다고 가정하고 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1 레이저부(100)가 3D 프린터로 출력하고자 하는 구조물(300)의 z축의 처음(0/2) 지점부터 중간(1/2) 지점까지 제1 빔(120)을 조사하여 광경화성 액상 수지(500)를 한 층씩 적층하여 구조물(300)을 출력한다.

그리고, 레이저 드릴링 기능이 탑재된 제2 레이저부(200)가 제2 빔(220)을 조사하여 프린팅(printing) 전에 입력된 x-y 평면상에서의 위치, 형상, 지름 및 밀도에 맞게 제1 미세 구멍을 z축 방향으로 생성한다.

그리고, 구조물(300)의 z축 중간(1/2) 지점까지 출력된 구조물(300) 위에 다시 제1 레이저부(100)가 제1 빔(120)을 조사하여 광경화성 액상 수지(500)를 한 층씩 경화하고 적층시켜, 구조물(300)의 z축 중간(1/2)지점부터 마지막 지점(2/2)까지 구조물(300)을 출력한다.

그리고, 마지막 지점(2/2)까지 출력된 구조물(300)에 제2 레이버부가 제2 빔(220)을 조사하여 x-y 평면상에서의 위치, 형상, 지름 및 밀도에 맞게 제2 미세 구멍을 z축 방향으로 생성한다.

이러한 방식으로 3D 프린터로 출력하고자 하는 구조물(300)에, 다양한 조건의 미세 구멍을, 구조물(300)의 부분마다 다르게 형성할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 레이저 드릴링 기능이 탑재된 제2 레이저부(200)를 포함하는 SLA 방식의 3D 프린터는, 3D 프린더로 출력하고자 하는 복잡한 형태의 구조물(300)을 정교하게 제작할 수 있고, 상기 구조물(300)에 별도의 인력 투입이나 가공 작업 없이 다양한 종류의 미세 구멍을 효율적으로 생성할 수 있다.

사용자는 미세 구멍의 위치, 형상, 지름 및 밀도를 레이저 드릴링(laser drilling) 변수를 조절함으로써 원하는 미세 구멍이 형성되도록 설정할 수 있다.

또한, 출력된 구조물(300)의 전체 또는 사용자가 원하는 구역을 선택하여 미세 구멍을 생성할 수 있고, 구조물(300)의 구역마다 미세 구멍의 위치, 형상, 지름 및 밀도를 달리하여 미세 구멍을 생성할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터는 해저 터널의 환기구 또는 전자 패키징(packaging)의 구성재료 등 방수, 내부 공기 순환 및 방열이 필수적으로 수반되는 다양한 구조물(300)을 경제적으로 빠르게 제작할 수 있다.

이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 즉, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

[부호의 설명]

100: 제1 레이저부

110: 제1 스캐너

120: 제1 빔

200: 제2 레이저부

210: 제2 스캐너

220: 제2 빔

300: 구조물

400: 조형판

500: 광경화성 액상 수지

600: 수조

Claims

수조에 담긴 광경화성 액상 수지 속에 배치된 조형판;

상기 수조 및 상기 광경화성 액상 수지 상에 배치되고, 상기 조형판 상의 상기 광경화성 액상 수지에 제1 빔을 조사하여 상기 광경화성 액상 수지를 상기 조형판에 한 층씩 경화하고 적층시켜 구조물을 형성하는 제1 레이저부; 및

상기 제1 레이저부와 소정 거리 이격되어 배치되고, 상기 조형판에 상기 광경화성 액상 수지가 경화되어 적층된 상기 구조물에 제2 빔을 조사하여 미세 구멍을 형성하는 제2 레이저부;를 포함하고,

상기 제1 빔은 경화용 자외선 레이저 빔이고, 상기 제2 빔은 레이저 드릴링 기능을 가지는 자외선 고체 레이저 빔인, 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 레이저부에서 생성된 상기 제1 빔은 제1 스캐너를 거쳐 상기 광경화성 액상 수지에 조사되고,

상기 제2 레이저부에서 생성된 상기 제2 빔은 제2 스캐너를 거쳐 상기 광경화성 액상 수지가 경화되어 적층된 상기 구조물에 조사되는, 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터.
제 1 항에 있어서,

상기 광경화성 액상 수지가 한 층씩 경화되어 적층된, 한 층의 수지층의 표면을 다듬는 리코터 블레이드;를 더 포함하는, 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터.
제 3 항에 있어서,

상기 리코터 블레이드가 상기 한 층의 수지층의 표면을 다듬은 후, 상기 조형판은 수직방향으로 한 층의 두께만큼 이동하여 다시 새로운 한 층의 수지층이 적층되고, 상기 리코터 블레이드가 새로 적층된 상기 한 층의 수지층의 표면을 다듬는 과정을 반복하여 구조물이 형성되는, 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터.
출력하고자 하는 구조물의 x-y 평면 상의 미세 구멍의 위치가 z축 방향의 제1 지점까지 일정하게 가공되도록 설정된 경우에 있어서,

상기 출력하고자 하는 구조물의 모델링 파일이 3D 프린터에 입력되면 제1 레이저부가 제1 빔을 조형판에 조사하고, 이에 따라 수조에 담겨있는 광경화성 액상 수지가 한 층씩 경화되며 적층되어 z축 방향의 상기 제1 지점까지 제1 구조물을 출력하는 제1 단계; 및

z축 방향의 상기 제1 지점까지 출력된 상기 제1 구조물에 제2 레이저부가 제2 빔을 조사하여 상기 제1 구조물에 제1 미세 구멍을 형성하는 제2 단계;를 포함하고,

상기 제1 빔은 경화용 자외선 레이저 빔이고, 상기 제2 빔은 레이저 드릴링 기능을 가지는 자외선 고체 레이저 빔인, 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터로 미세 구멍을 가공하는 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 출력하고자 하는 구조물의 x-y 평면 상의 미세 구멍의 위치가 z축 방향의 상기 제1 지점부터 제2 지점까지 변경되는 경우에, 상기 제1 미세 구멍이 형성된 상기 제1 구조물 상의 상기 광경화성 액상 수지에 상기 제1 레이저부가 다시 상기 제1 빔을 조사하고, 이에 따라 수조에 담겨 있는 상기 광경화성 액상 수지가 한 층씩 경화되며 적층되어, z축 방향의 상기 제2 지점까지 제2 구조물을 출력하는 제3 단계; 및

z축 방향의 상기 제2 지점까지 출력된 상기 제2 구조물에 제2 레이저부가 다시 제2 빔을 조사하여 상기 제2 구조물에 제2 미세 구멍을 형성하는 제4 단계;를 더 포함하는, 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터로 미세 구멍을 가공하는 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

리코터 블레이드는, 상기 광경화성 액상 수지가 한 층씩 경화되어 적층된, 한 층의 수지층의 표면을 다듬는, 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터로 미세 구멍을 가공하는 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 리코터 블레이드가 상기 한 층의 수지층의 표면을 다듬은 후, 상기 조형판은 수직방향으로 한 층의 두께만큼 이동하여 다시 새로운 한 층의 수지층이 적층되고, 상기 리코터 블레이드가 새로 적층된 상기 한 층의 수지층의 표면을 다듬는 과정을 반복하여 상기 출력하고자 하는 구조물이 형성되는, 미세 구멍 가공 기능을 가진 3D 프린터로 미세 구멍을 가공하는 방법.