KR102341722B1 - 3d 프린팅 시스템 및 이를 이용한 3d 구조물의 제조방법 - Google Patents

3d 프린팅 시스템 및 이를 이용한 3d 구조물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 베이스 기판 제공부; 상기 베이스 기판 제공부와 연속하여 배치되고, 상기 베이스 기판에 수지를 도포하기 위한 수지 공급부; 상기 수지 공급부와 연속하여 배치되고, 상기 수지를 경화하여 상기 수지의 내부에 3D 구조물을 형성하기 위한 3D 구조물 형성부; 상기 3D 구조물 형성부와 인접하여 배치되고, 상기 수지의 내부에 형성된 상기 3D 구조물과 상기 베이스 기판을 분리하기 위한 기판 분리부; 및 상기 기판 분리부와 인접하여 배치되고, 상기 베이스 기판과 분리된 상기 3D 구조물로부터 상기 수지를 회수하기 위한 수지 회수부를 포함하는 3D 프린팅 시스템 및 이를 이용한 3D 구조물의 제조방법에 관한 것으로, 연속적인 공정에 의해 3D 구조물을 제조할 수 있기 때문에, 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물과 같은 3D 구조물을 대면적으로 제조할 수 있고, 대량 생산이 가능한 3D 프린팅 시스템 및 이를 이용한 3D 구조물의 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

3D 프린팅 시스템 및 이를 이용한 3D 구조물의 제조방법{A 3D Printing System And Fabricating Method of 3D structure using the same}
본 발명은 3D 프린팅 시스템 및 이를 이용한 3D 구조물의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3D 구조물을 대면적으로 제조할 수 있고, 대량 생산이 가능한 3D 프린팅 시스템 및 이를 이용한 3D 구조물의 제조방법에 관한 것이다.
기존의 빛을 소스로 하는 3D 프린팅 기술은 에너지의 집중, 해상도, 광강도, 광반응성 등에 의해, 제조면적과 제작시간 및 정밀도 등이 결정된다.
하지만, 소스로 사용되는 빛의 에너지 총량의 한계로 인하여, 제조면적이 한정적이고, 제작에 많은 시간이 소요된다.
이로 인하여, 3D 프린팅 기술을 통해 제조할 수 있는 대상품의 경우, 그 크기가 매우 제한적일 수 밖에 없는 실정이다.
한편, 3D 구조물인 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물은 무게가 스티로폼의 1/100에 불과한 미세 격자구조로, 매우 가벼운 초경량 구조물로 개발된 소재이다.
이때, 상기 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물은 비강도가 높고 외부 충격을 유연하게 흡수할 수 있어, 비행기의 내부소재, 열 및 진동감쇠와 같은 충격 흡수장비, 배터리 전극 및 촉매제, 자동차 및 항공 공학 분야에서 구조의 보강 등의 기능을 가지는 고성능 재료에 적용이 가능하다.
하지만, 이러한 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물을 제조함에 있어서도, 제조면적이 한정적이고, 제작에 많은 시간이 소요됨에 의하여, 그 크기가 매우 제한적이라는 문제점이 있다.
중국공개특허 제103958392호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 3D 구조물을 대면적으로 제조할 수 있고, 대량 생산이 가능한 3D 프린팅 시스템 및 이를 이용한 3D 구조물의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 베이스 기판 제공부; 상기 베이스 기판 제공부와 연속하여 배치되고, 상기 베이스 기판에 수지를 도포하기 위한 수지 공급부; 상기 수지 공급부와 연속하여 배치되고, 상기 수지를 경화하여 상기 수지의 내부에 3D 구조물을 형성하기 위한 3D 구조물 형성부; 상기 3D 구조물 형성부와 인접하여 배치되고, 상기 수지의 내부에 형성된 상기 3D 구조물과 상기 베이스 기판을 분리하기 위한 기판 분리부; 및 상기 기판 분리부와 인접하여 배치되고, 상기 베이스 기판과 분리된 상기 3D 구조물로부터 상기 수지를 회수하기 위한 수지 회수부를 포함하는 3D 프린팅 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 수지 회수부와 인접하여 배치되고, 상기 3D 구조물을 세정하기 위한 세정부를 포함하는 3D 프린팅 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 베이스 기판 제공부는, 베이스 기판 공급롤러; 및 상기 베이스 기판 공급롤러로부터 공급된 베이스 기판을 이송하기 위한 제1이송롤러를 포함하며, 상기 베이스 기판 공급롤러에는 상기 베이스 기판이 권취되어, 상기 베이스 기판은 상기 제1이송롤러에 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 수지 공급부는, 상기 베이스 기판에 수지를 공급하기 위한 수지공급장치; 및 상기 수지공급장치로부터 공급된 수지가 상기 제1이송롤러 방향으로 흘러넘치는 것을 방지하기 위한 수지 차단부를 포함하는 3D 프린팅 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 3D 구조물 형성부는, 광제공부; 상기 광제공부로 제공된 광의 조사영역을 정의하기 위한 마스크; 상기 마스크를 통과하여 제공된 광을 집중시켜, 집중된 광을 상기 수지에 조사하기 위한 렌즈부; 및 상기 렌즈부에 의해 집중된 광을 반사시키기 위한 반사판을 포함하는 3D 프린팅 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 기판 분리부는, 상기 수지의 내부에 형성된 상기 3D 구조물이 위치하는 상기 베이스 기판을 이송하기 위한 제2이송롤러; 상기 3D 구조물이 형성된 상기 수지로부터 상기 베이스 기판을 분리하기 위한 분리커터부; 및 상기 분리 커터부에 의해 분리된 상기 베이스 기판을 회수하기 위한 베이스 기판 회수 롤러; 및 상기 베이스 기판이 분리된, 상기 3D 구조물이 형성된 상기 수지를 이송하기 위한 제3이송롤러를 포함하는 3D 프린팅 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 베이스 기판 회수 롤러에는 상기 베이스 기판이 권취되어, 상기 베이스 기판은 상기 베이스 기판 회수 롤러에 연속적으로 회수되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 수지 회수부는, 상기 제3이송롤러에 의해 이송된, 상기 3D 구조물에 에어를 공급하기 위한 블로어; 및 상기 블로어에 의해 분리된 수지를 회수하기 위한 수지 회수 컨테이너를 포함하는 3D 프린팅 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 베이스 기판을 제공하는 단계; 상기 베이스 기판의 상부에 수지를 도포하는 단계; 상기 수지에 광을 조사하여 상기 수지의 일정 영역을 경화시켜, 상기 수지의 내부에 3D 구조물을 형성하는 단계; 상기 수지의 내부에 형성된 상기 3D 구조물과 상기 베이스 기판을 분리하는 단계; 및 상기 베이스 기판과 분리된 상기 3D 구조물로부터 상기 수지를 회수하는 단계를 포함하는 3D 구조물의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 베이스 기판과 분리된 상기 3D 구조물로부터 상기 수지를 회수하는 단계 이후, 상기 3D 구조물을 세정하는 단계를 더 포함하는 3D 구조물의 제조방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 연속적인 공정에 의해 3D 구조물을 제조할 수 있기 때문에, 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물과 같은 3D 구조물을 대면적으로 제조할 수 있고, 대량 생산이 가능한 3D 프린팅 시스템 및 이를 이용한 3D 구조물의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 3D 구조물의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 6은 일반적인 구조의 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물을 도시하는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템은, 베이스 기판 제공부(100, A); 상기 베이스 기판 제공부(100, A)와 연속하여 배치되고, 상기 베이스 기판에 수지를 도포하기 위한 수지 공급부(200, B); 상기 수지 공급부(200, B)와 연속하여 배치되고, 상기 수지를 경화하여 상기 수지의 내부에 3D 구조물을 형성하기 위한 3D 구조물 형성부(300, C); 상기 3D 구조물 형성부(300, C)와 인접하여 배치되고, 상기 수지의 내부에 형성된 상기 3D 구조물과 상기 베이스 기판을 분리하기 위한 기판 분리부(400, D); 상기 기판 분리부(400, D)와 인접하여 배치되고, 상기 베이스 기판과 분리된 상기 3D 구조물로부터 상기 수지를 회수하기 위한 수지 회수부(500, E); 및 상기 수지 회수부(500, E)와 인접하여 배치되고, 상기 3D 구조물을 세정하기 위한 세정부(600, F)를 포함한다.
보다 구체적으로, 먼저, 상기 베이스 기판 제공부(100, A)는, 베이스 기판 공급롤러(110); 및 상기 베이스 기판 공급롤러(110)로부터 공급된 베이스 기판을 이송하기 위한 제1이송롤러(120)를 포함한다.
이때, 상기 베이스 기판 공급롤러(110)에는 베이스 기판이 권취되어, 상기 베이스 기판은 상기 제1이송롤러(120)에 연속적으로 공급될 수 있다.
또한, 상기 베이스 기판은, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 투명 플라스틱 재질로 구성될 수 있다.
다음으로, 상기 수지 공급부(200, B)는, 상기 베이스 기판에 수지를 공급하기 위한 수지공급장치(210); 및 상기 수지공급장치로부터 공급된 수지가 상기 제1이송롤러 방향으로 흘러넘치는 것을 방지하기 위한 수지 차단부(220)를 포함한다.
이때, 상기 수지는 광경화 수지일 수 있으며, 상기 광경화 수지는 후술하는 광에 의하여 경화가 일어나, 상기 수지의 내부에 3D 구조물이 형성될 수 있다.
즉, 상기 광경화 수지는 자외선(Ultraviolet, UV) 또는 전자선(Electron Beam, EB) 등 광 에너지에 의해 중합반응이 개시되어, 가교반응이나 고분자화 반응을 일으키는 수지를 의미하는 것으로, 상기 광경화 수지는, UV경화 수지(UV 레진, UV resin) 또는 전자빔 경화수지(Electron beam resin)일 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 광경화 수지의 종류를 제한하는 것은 아니다.
다음으로, 상기 3D 구조물 형성부(300, C)는, 상술한 바와 같이, 예를 들어, 상기 광경화 수지에 UV광을 조사하여, 상기 광경화 수지를 경화시킴으로써, 상기 수지의 내부에 3D 구조물을 형성하는 영역으로, 광제공부(310); 상기 광제공부(310)로 제공된 광의 조사영역을 정의하기 위한 마스크(320); 상기 마스크(320)를 통과하여 제공된 광을 집중시켜, 집중된 광을 상기 광경화 수지에 조사하기 위한 렌즈부(330); 및 상기 렌즈부(330)에 의해 집중된 광을 반사시키기 위한 반사판(340)을 포함한다.
이때, 상기 광제공부(310)는 자외선(Ultraviolet, UV) 또는 전자선(Electron Beam, EB)을 제공할 수 있으며, 다만 본 발명에서 상기 광제공부를 통해 제공되는 광의 종류를 제한하는 것은 아니다.
또한, 상기 마스크(320)는 상기 광제공부(310)를 통해 제공된 광의 조사영역을 정의하기 위한 것으로, 상기 마스크(320)의 형상에 따라, 광의 조사영역이 결정되며, 따라서, 본 발명에서는 상기 마스크(320)의 형상을 통해, 본 발명의 3D 프린팅 시스템에 의해 제조되는 3D 구조물의 형상을 결정할 수 있다.
또한, 상기 렌즈부(330)는 상기 마스크(320)를 통과하여 제공된 광을 집중하여, 상기 광경화 수지에 집중된 광을 조사하기 위한 구성으로, 다양한 종류의 렌즈를 사용할 수 있으며, 다만, 이는 당업계에서 자명한 사항에 해당하므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 렌즈부(330)에 의해 집중된 광이 상기 광경화 수지에 조사되지 않은 경우, 상기 반사판(340)을 통해, 상기 집중된 광을 반사시켜, 상기 광경화 수지에 조사될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에서는 이와 같은 3D 구조물 형성부(300, C)를 통해, 3D 구조물, 예를 들어, 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물을 상기 수지의 내부에 형성할 수 있으며, 다만, 상기 3D 구조물 형성부(300, C)은 일예에 해당할 뿐, 본 발명에서 상기 3D 구조물 형성부(300, C)의 종류를 제한하는 것은 아니다.
한편, UV 광의 조사에 의해 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물을 형성하는 것은, 중국공개특허 제103958392호를 참조할 수 있으며, 본 발명에서는 상기 중국공개특허 제103958392호 이외에도 다양한 방법의 3D 구조물 형성방법에 의해, 상기 수지의 내부에 3D 구조물, 예를 들어, 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물을 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 기판 분리부(400, D)는, 상기 수지의 내부에 형성된 상기 3D 구조물과 상기 베이스 기판을 분리하기 위한 것으로, 상기 수지의 내부에 형성된 상기 3D 구조물이 위치하는 상기 베이스 기판을 이송하기 위한 제2이송롤러(430); 상기 3D 구조물이 형성된 상기 수지로부터 상기 베이스 기판을 분리하기 위한 분리커터부(420); 및 상기 분리 커터부(420)에 의해 분리된 상기 베이스 기판을 회수하기 위한 베이스 기판 회수 롤러(410); 및 상기 베이스 기판이 분리된, 상기 3D 구조물이 형성된 상기 수지를 이송하기 위한 제3이송롤러(440)를 포함한다.
즉, 상기 제2이송롤러(430)를 따라 이송된, 상기 수지의 내부에 형성된 상기 3D 구조물이 위치하는 상기 베이스 기판은, 상기 분리 커터부에 의하여, 베이스 기판과 상기 3D 구조물이 형성된 상기 수지로 분리되며, 이때, 분리된 상기 베이스 기판은 상기 베이스 기판 회수 롤러(410)에 연속적으로 회수되고, 또한, 분리된 상기 3D 구조물이 형성된 상기 수지는, 상기 제3이송롤러(440)에 의해, 다음 단계로 이동하게 된다.
이때, 상기 베이스 기판 회수 롤러(410)에는 상기 베이스 기판이 권취되어, 상기 베이스 기판은 상기 베이스 기판 회수 롤러(410)에 연속적으로 회수될 수 있다.
다음으로, 상기 수지 회수부(500, E)는, 상기 제3이송롤러(440)에 의해 이송된, 상기 베이스 기판과 분리된 상기 3D 구조물로부터 상기 수지를 회수하기 위한 것으로, 상기 3D 구조물에 에어를 공급하기 위한 블로어(510); 및 상기 블로어(510)에 의해 분리된 수지를 회수하기 위한 수지 회수 컨테이너(520)를 포함할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 수지 회수부의 종류를 제한하는 것은 아니며, 공지된 다양한 방법을 통해, 상기 3D 구조물로부터 상기 수지를 회수할 수 있다.
이때, 상기 B 단계에서의 베이스 기판상에 도포되는 수지와 비교하여, 상기 수지 회수부에 의해 회수되는 수지는, 일정 영역이 경화되어 3D 구조물로 형성되고, 나머지 잔존하는 수지에 해당하므로, 상기 수지 회수부에 의해 회수되는 수지는 잔존 수지로 정의할 수 있다.
다음으로, 상기 세정부(600, F)는, 상기 수지 회수부에 의해 잔존 수지가 분리된 상기 3D 구조물을 세정하기 위한 것으로, 세정액을 공급하는 세정 스프레이(610); 및 상기 세정 스프레이(610)로부터 공급된 세정액을 회수하기 위한 세정액 회수 컨테이너(620)를 포함할 수 있다.
다만, 본 발명에서 상기 세정부의 종류를 제한하는 것은 아니며, 공지된 다양한 방법을 통해, 상기 3D 구조물을 세정할 수 있으며, 또한, 본 발명에서 상기 세정부의 유무를 제한하는 것은 아니다.
이하에서는, 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템을 이용한 3D 구조물의 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 3D 구조물의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 3D 구조물의 제조방법은, 베이스 기판(10)을 제공하는 단계를 포함한다(S110).
이때, 상기 베이스 기판(10)은, 베이스 기판 공급롤러(110)에 권취된 상태에서 제1이송롤러(120)로 연속적으로 공급될 수 있다.
또한, 상기 베이스 기판은 상기 베이스 기판 공급롤러에 권취된 상태에서 상기 제1이송롤러(120)로 공급되기 때문에, 상기 베이스 기판은 플렉서블한 기판에 해당하며, 또한, 후술하는 단계에서, 상기 베이스 기판을 통과하여, 수지에 UV 광과 같은 광이 조사되어야 하므로, 상기 베이스 기판은 투명한 기판인 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에 따른 베이스 기판은 투명하고 플렉서블한 기판인 것이 바람직하며, 이를 전제로, 본 발명에 따른 베이스 기판의 재질을 제한하는 것은 아니다.
한편, 본 발명에서는 후술하는 바와 같이, 연속적인 공정에 의해 3D 구조물을 대면적으로 제조할 수 있고, 대량 생산이 가능한 것을 특징으로 하므로, 상술한 바와 같이, 상기 베이스 기판은, 상기 제1이송롤러(120)로 연속적으로 공급되는 것이 바람직하다.
계속해서, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 3D 구조물의 제조방법은, 상기 베이스 기판(10)의 상부에 수지(20)를 도포하는 단계를 포함한다(S120).
상기 베이스 기판(10)의 상부에 수지(20)를 도포하는 것은 수지공급장치(210)를 통해 도포할 수 있으며, 이때, 상기 베이스 기판의 상부에 도포되는 수지가 상기 제1이송롤러(120) 방향으로 흘러넘치는 것을 방지하기 위하여, 본 발명에서는 상기 수지공급장치(210)와 상기 제1이송롤러(120)의 사이에 수지 차단부(220)를 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 수지는 광경화 수지일 수 있으며, 상기 광경화 수지는 UV경화 수지(UV 레진, UV resin) 또는 전자빔 경화수지(Electron beam resin)일 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 광경화 수지의 종류를 제한하는 것은 아니다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, S120 단계를 진행하는 과정에서도, 상술한 S110 단계, 즉, 베이스 기판(10)을 제공하는 단계는 계속적으로 진행되며, 따라서, 본 발명에 따른 3D 구조물의 제조방법은 연속적인 공정에 의해 진행된다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 3D 구조물의 제조방법은, 상기 수지(20)에 광을 조사하여 상기 수지의 일정 영역을 경화시켜, 상기 수지의 내부에 3D 구조물(30)을 형성하는 단계를 포함한다(S130).
이때, 상기 수지에 조사되는 광은, 자외선(Ultraviolet, UV)광 또는 전자선(Electron Beam, EB)광일 수 있으며, 본 발명에서는 이러한 수지에 조사되는 광의 종류에 따라, 상기 수지공급장치(210)를 통해 상기 베이스 기판에 도포되는 수지의 종류가 달라질 수 있다.
즉, 상기 수지에 조사되는 광이 자외선(Ultraviolet, UV)광인 경우, 상기 베이스 기판에 도포되는 수지는 UV경화 수지(UV 레진, UV resin)일 수 있고, 이와는 달리, 상기 수지에 조사되는 광이 전자선(Electron Beam, EB)광인 경우, 상기 베이스 기판에 도포되는 수지는 전자빔 경화수지(Electron beam resin)일 수 있다.
이때, 상기 수지(20)에 광을 조사하여 상기 수지의 일정 영역을 경화시켜, 상기 수지의 내부에 3D 구조물(30)을 형성하는 것은, 상술한 도 1의 3D 구조물 형성부(300, C)를 통해 진행할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 광제공부(310)를 통해, 상기 마스크(320)에 광, 예를 들면, 자외선(Ultraviolet, UV)광 또는 전자선(Electron Beam, EB)광을 제공하면, 상기 마스크(320)의 형상에 의하여, 광의 조사영역이 결정되며, 또한, 상기 마스크(320)를 통과하여 제공된 광은, 상기 렌즈부(330)를 통해 집중되어, 상기 집중된 광은 상기 수지(20)에 조사되어, 상기 수지의 일정 영역이 경화됨으로써, 상기 수지(20)의 내부에 3D 구조물(30)이 형성될 수 있다.
이때, 상기 렌즈부(330)에 의해 집중된 광이 상기 수지에 조사되지 않은 경우, 상기 반사판(340)을 통해, 상기 집중된 광을 반사시켜, 상기 수지에 조사될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 이와 같은 3D 구조물 형성부(300, C)를 통해, 3D 구조물, 예를 들어, 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물을 상기 수지의 내부에 형성할 수 있으며, 다만, 상기 3D 구조물 형성부(300, C)은 일예에 해당할 뿐, 본 발명에서 상기 3D 구조물 형성부(300, C)의 종류를 제한하는 것은 아니다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, S130 단계를 진행하는 과정에서도, 상술한 S120 단계, 즉, 상기 베이스 기판(10)의 상부에 수지(20)를 도포하는 단계는 계속적으로 진행되며, 따라서, 본 발명에 따른 3D 구조물의 제조방법은 연속적인 공정에 의해 진행된다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 3D 구조물의 제조방법은, 상기 수지(20)의 내부에 형성된 상기 3D 구조물(30)과 상기 베이스 기판(10)을 분리하는 단계를 포함한다(S140).
즉, 상술한 S130 단계에 의하여, 상기 베이스 기판(10)의 상부에 도포된 상기 수지(20)의 내부에는 상기 3D 구조물(30)이 형성되게 되며, 본 S140 단계를 통해, 상기 수지(20)의 내부에 형성된 상기 3D 구조물(30)과 상기 베이스 기판(10)을 분리하게 된다.
이때, 상기 수지(20)의 내부에 형성된 상기 3D 구조물(30)과 상기 베이스 기판(10)을 분리하는 것은, 상술한 도 1의 3D 기판 분리부(400, D)를 통해 진행할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제2이송롤러(430)를 통해, 상기 수지의 내부에 형성된 상기 3D 구조물이 위치하는 상기 베이스 기판을 상기 분리 커터부(420)로 이송시키고, 상기 분리커터부(420)에 의해, 상기 3D 구조물이 형성된 상기 수지로부터 상기 베이스 기판을 분리한다.
이후, 상기 분리 커터부(420)에 의해 분리된 상기 베이스 기판은 상기 베이스 기판 회수 롤러(410)에 회수되며, 또한, 상기 베이스 기판이 분리된, 상기 3D 구조물이 형성된 상기 수지는 상기 제3이송롤러(440)를 통해 이송된다.
이때, 상기 베이스 기판 회수 롤러(410)에는, 분리된 상기 베이스 기판이 권취되어, 상기 베이스 기판은 상기 베이스 기판 회수 롤러(410)에 연속적으로 회수될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, S140 단계를 진행하는 과정에서도, 상술한 S130 단계, 즉, 상기 수지(20)에 광을 조사하여 상기 수지의 일정 영역을 경화시켜, 상기 수지의 내부에 3D 구조물(30)을 형성하는 단계는 계속적으로 진행되며, 따라서, 본 발명에 따른 3D 구조물의 제조방법은 연속적인 공정에 의해 진행된다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 3D 구조물의 제조방법은, 상기 베이스 기판과 분리된 상기 3D 구조물(30)로부터 상기 수지(20)를 회수하는 단계를 포함한다(S150).
이때, 상기 S120 단계에서의 베이스 기판상에 도포되는 수지와 비교하여, S150 단계에서의 상기 3D 구조물(30)로부터 회수되는 수지(20)는, 일정 영역이 경화되어 3D 구조물로 형성되고, 나머지 잔존하는 수지에 해당하므로, 상기 수지 회수부에 의해 회수되는 수지는 잔존 수지로 정의할 수 있다.
상기 베이스 기판과 분리된 상기 3D 구조물(30)로부터 상기 수지(20)를 회수하는 단계는, 상술한 도 1의 수지 회수부(500, E)를 통해 진행할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 3D 구조물(30)에 블로어(510)를 통해 에어를 공급하여, 상기 3D 구조물(30)로부터 상기 잔존 수지(20)를 분리하며, 상기 분리된 잔존 수지는 상기 수지 회수 컨테이너(520)에 회수될 수 있다.
이때, 상기 수지 회수 컨테이너(520)에 회수된 잔존 수지는 상술한 도 1의 수지공급장치(210)에 재공급되어, 본 발명에서는 상기 잔존 수지를 재사용할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, S150 단계를 진행하는 과정에서도, 상술한 S140 단계, 즉, 상기 수지(20)의 내부에 형성된 상기 3D 구조물(30)과 상기 베이스 기판(10)을 분리하는 단계는 계속적으로 진행되며, 따라서, 본 발명에 따른 3D 구조물의 제조방법은 연속적인 공정에 의해 진행된다.
계속해서, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 3D 구조물의 제조방법은, 상기 3D 구조물(30)을 세정하는 단계를 포함한다(S160).
상기 3D 구조물을 세정하는 단계는, 상술한 도 1의 세정부(600, F)를 통해 진행할 수 있다.
보다 구체적으로, 세정액을 공급하는 세정 스프레이(610)를 통해, 상기 3D 구조물에 상기 세정액을 공급하여 상기 3D 구조물(30)을 세정한 후, 상기 3D 구조물의 세정에 사용된 세정액은 상기 세정액 회수 컨테이너(620)를 통해 회수될 수 있다.
다만, 본 발명에서 상기 세정부의 종류를 제한하는 것은 아니며, 공지된 다양한 방법을 통해, 상기 3D 구조물을 세정할 수 있으며, 또한, 본 발명에서 상기 세정부의 유무를 제한하는 것은 아니다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, S160 단계를 진행하는 과정에서도, 상술한 S150 단계, 즉, 상기 베이스 기판과 분리된 상기 3D 구조물(30)로부터 상기 수지(20)를 회수하는 단계는 계속적으로 진행되며, 따라서, 본 발명에 따른 3D 구조물의 제조방법은 연속적인 공정에 의해 진행된다.
이상과 같은 S110 단계 내지 S160 단계를 통해, 본 발명에 따른 3D 구조물을 제조할 수 있다.
도 6은 일반적인 구조의 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물을 도시하는 도면이다.
이때, 도 6에서의 좌측도면은 Kelvin 구조의 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물에 해당하고, 도 6에서의 우측 도면은 Octet 구조의 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물에 해당한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 일반적인 구조의 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물은 제조방법의 한계로 인하여, 제조면적이 한정적이고, 제작에 많은 시간이 소요되며, 이로 인하여 그 크기가 매우 제한적이라는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명에서는 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 연속적인 공정에 의해 3D 구조물을 제조할 수 있기 때문에, 도 6에 도시된 최종적인 3D 구조물에서 알 수 있는 바와 같이, 마이크로래티스(micro-lattice) 구조물과 같은 3D 구조물을 대면적으로 제조할 수 있고, 대량 생산이 가능한 3D 프린팅 시스템 및 이를 이용한 3D 구조물의 제조방법을 제공할 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 베이스 기판 제공부;
    상기 베이스 기판 제공부와 연속하여 배치되고, 상기 베이스 기판에 수지를 도포하기 위한 수지 공급부;
    상기 수지 공급부와 연속하여 배치되고, 상기 수지를 경화하여 상기 수지의 내부에 마이크로래티스 구조물을 포함하는 3D 구조물을 형성하기 위한 3D 구조물 형성부;
    상기 3D 구조물 형성부와 인접하여 배치되고, 상기 수지의 내부에 형성된 상기 3D 구조물과 상기 베이스 기판을 분리하기 위한 기판 분리부; 및
    상기 기판 분리부와 인접하여 배치되고, 상기 베이스 기판과 분리된 상기 3D 구조물로부터 상기 수지를 회수하기 위한 수지 회수부를 포함하되,
    상기 3D 구조물 형성부는 상기 베이스 기판의 하부에 배치되는 광제공부; 및
    상기 베이스 기판의 상부에 배치되며, 상기 광제공부로부터 제공된 적어도 일부의 광을 상기 베이스 기판 측으로 반사하는 반사판을 포함하는 3D 프린팅 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 회수부와 인접하여 배치되고, 상기 3D 구조물을 세정하기 위한 세정부를 포함하는 3D 프린팅 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 기판 제공부는, 베이스 기판 공급롤러; 및 상기 베이스 기판 공급롤러로부터 공급된 베이스 기판을 이송하기 위한 제1이송롤러를 포함하며,
    상기 베이스 기판 공급롤러에는 상기 베이스 기판이 권취되어, 상기 베이스 기판은 상기 제1이송롤러에 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수지 공급부는, 상기 베이스 기판에 수지를 공급하기 위한 수지공급장치; 및 상기 수지공급장치로부터 공급된 수지가 상기 제1이송롤러 방향으로 흘러넘치는 것을 방지하기 위한 수지 차단부를 포함하는 3D 프린팅 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 3D 구조물 형성부는, 상기 광제공부로 제공된 광의 조사영역을 정의하기 위한 마스크; 및 상기 마스크를 통과하여 제공된 광을 집중시켜, 집중된 광을 상기 수지에 조사하기 위한 렌즈부를 더 포함하는 3D 프린팅 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판 분리부는, 상기 수지의 내부에 형성된 상기 3D 구조물이 위치하는 상기 베이스 기판을 이송하기 위한 제2이송롤러; 상기 3D 구조물이 형성된 상기 수지로부터 상기 베이스 기판을 분리하기 위한 분리커터부; 및 상기 분리 커터부에 의해 분리된 상기 베이스 기판을 회수하기 위한 베이스 기판 회수 롤러; 및 상기 베이스 기판이 분리된, 상기 3D 구조물이 형성된 상기 수지를 이송하기 위한 제3이송롤러를 포함하는 3D 프린팅 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 베이스 기판 회수 롤러에는 상기 베이스 기판이 권취되어, 상기 베이스 기판은 상기 베이스 기판 회수 롤러에 연속적으로 회수되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 수지 회수부는, 상기 제3이송롤러에 의해 이송된, 상기 3D 구조물에 에어를 공급하기 위한 블로어; 및 상기 블로어에 의해 분리된 수지를 회수하기 위한 수지 회수 컨테이너를 포함하는 3D 프린팅 시스템.
  9. 베이스 기판을 제공하는 단계;
    상기 베이스 기판의 상부에 수지를 도포하는 단계;
    상기 수지에 광을 조사하여 상기 수지의 일정 영역을 경화시켜, 상기 수지의 내부에 마이크로래티스 구조물을 포함하는 3D 구조물을 형성하는 단계;
    상기 수지의 내부에 형성된 상기 3D 구조물과 상기 베이스 기판을 분리하는 단계; 및
    상기 베이스 기판과 분리된 상기 3D 구조물로부터 상기 수지를 회수하는 단계를 포함하되,
    상기 수지에 광을 조사하여 상기 수지의 일정 영역을 경화시키는 단계는 상기 베이스 기판의 하부에 배치된 광제공부로부터 광을 제공하고, 상기 광제공부에 의해 제공된 적어도 일부의 광을 상기 베이스 기판의 상부에 배치된 반사판을 통해 상기 베이스 기판 측으로 반사하여 상기 수지에 조사하는 단계를 포함하는 3D 구조물의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 베이스 기판과 분리된 상기 3D 구조물로부터 상기 수지를 회수하는 단계 이후,
    상기 3D 구조물을 세정하는 단계를 더 포함하는 3D 구조물의 제조방법.
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