KR20200076139A - 압력센서 및 3d 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법 - Google Patents

압력센서 및 3d 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법 Download PDF

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KR20200076139A
KR20200076139A KR1020180164933A KR20180164933A KR20200076139A KR 20200076139 A KR20200076139 A KR 20200076139A KR 1020180164933 A KR1020180164933 A KR 1020180164933A KR 20180164933 A KR20180164933 A KR 20180164933A KR 20200076139 A KR20200076139 A KR 20200076139A
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윤선홍
박현호
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전자부품연구원
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Abstract

본 발명의 일실시예는, 3D 프린팅 방법으로서, 베이스 기판 상에 전기신호 전달부를 출력하는 제1 단계, 상기 베이스 기판에서 복수의 압력셀이 형성될 영역에 상기 전기신호 전달부의 일부를 덮도록 워셔블층을 출력하는 제2 단계, 상기 베이스 기판 상에 제1 결합부를 출력하면서, 상기 워셔블층 상에 상기 제1 결합부에 대응하는 형상의 제2 결합부를 갖는 복수의 압력셀을 출력하는 제3 단계, 및 상기 워셔블층을 제거하는 제4 단계를 포함하는, 3D 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법 및 그에 따라 제조된 압력센서를 제공하며, 다양한 압력셀이 조합되어 다양한 범위의 압력을 측정할 수 있다.

Description

압력센서 및 3D 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법{Pressure sensor and manufacturing method of pressure sensor using 3D printing}
본 발명은 압력센서 및 3D 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법에 관한 것이다.
압력센서는 진동이나 누름 등 다양한 원인으로 변화하는 압력을 검출하고 측정하는 센서를 말하며, 일상 생활용품이나 각종 산업설비 등 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용된다. 압력센서는 용도에 따라 다양한 범위의 압력을 측정하도록 발전되고 있으며, 실리콘이나 세라믹 재료를 이용하여 반도체 생산공정을 이용하거나 금속 재료를 이용하여 제조되고 있다. 종래 알려진 압력센서 생산공정은 정해진 압력범위를 측정할 수 있는 압력센서를 다단계의 공정을 이용해 대량생산하는 방식을 선택하였으나, 다양한 압력범위를 커버하는 압력센서를 소량 생산하기는 어려운 문제가 있다.
KR 10-1652369 B1
본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 3D 프린팅을 이용하여 제조되는 다양한 압력측정범위를 갖는 입체구조의 압력셀을 제작하고, 다양한 압력셀을 조합한 하나의 압력센서 및 3D 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 압력센서를 구성하는 복수의 압력셀과 복수의 압력셀이 탈착가능하게 조합되는 베이스 기판을 함께 제조할 수 있는 3D 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 압력센서는, 제1 결합부와 전기신호 전달부를 갖는 베이스 기판, 및 상기 제1 결합부에 탈착가능하게 결합되는 제2 결합부를 이용하여 상기 베이스 기판에 탈착가능하게 결합되고, 상기 전기신호 전달부에 전기적으로 연결되며, 서로 같거나 다른 압력측정범위를 갖는 복수의 압력셀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 압력셀은 정해진 압력측정범위의 압력이 인가되는 경우 압력에 비례하여 변형되는 몸체부, 상기 몸체부의 일면에 하나 이상 형성되고, 상기 몸체부의 변형에 따라 저항값이 변화하는 측정부, 상기 몸체부와 상기 베이스 기판이 접촉하는 영역에 형성되고 상기 제1 결합부와 탈착가능하게 결합되도록 대응하는 형상을 갖는 제2 결합부, 및 상기 베이스 기판의 전기신호 전달부에 전기적으로 연결되어 상기 측정부의 저항값 변화를 전달하는 연결부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정부는 상기 몸체부의 변형 방향에 나란하게 배치되는 제1 및 제2 스트레인 게이지, 및 상기 몸체부의 변형 방향에 직교하게 배치되는 제3 및 제4 스트레인 게이지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 결합부와 제2 결합부는 상기 베이스 기판면에 수직한 방향으로 상기 압력셀을 슬라이딩하여 탈착가능하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법은, 3D 프린팅 방법으로서, 베이스 기판 상에 전기신호 전달부를 출력하는 제1 단계, 상기 베이스 기판에서 복수의 압력셀이 형성될 영역에 상기 전기신호 전달부의 일부를 덮도록 워셔블층을 출력하는 제2 단계, 상기 베이스 기판 상에 제1 결합부를 출력하면서, 상기 워셔블층 상에 상기 제1 결합부에 대응하는 형상의 제2 결합부를 갖는 복수의 압력셀을 출력하는 제3 단계, 및 상기 워셔블층을 제거하는 제4 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 단계는 상기 워셔블층 상의 상기 전기신호 전달부에 대응하는 위치에 상기 압력셀의 연결부의 일부를 출력하는 제3-1 단계, 및 상기 베이스 기판 상에 제1 결합부를 출력하면서, 상기 워셔블층 상에 상기 제1 결합부에 대응하는 형상의 제2 결합부를 갖는 복수의 압력셀을 출력하되, 상기 제1 결합부와 제2 결합부는 상기 베이스 기판면에 수직한 방향으로 슬라이딩 방식으로 탈착가능하도록 형성하는 제3-2 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법은, 상기 제1 단계 이전에, 상기 복수의 압력셀을 이용하여 측정하려는 목표 압력범위에 따라, 상기 복수의 압력셀의 압력측정범위가 서로 동일하거나 다르도록 압력셀의 재질, 구조, 배치를 설계하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법은, 상기 제4 단계 이후에, 상기 복수의 압력셀의 배치를 변경하거나 다른 압력셀로 교체하여 측정하려는 목표 압력범위에 적합하도록 재구성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 3D 프린팅을 이용하여 다양한 압력측정범위와 물리적 특성을 갖는 압력셀을 제조하고 조합하여 하나의 압력센서를 제조하므로, 다양한 압력측정범위와 압력측정 특성을 갖는 압력센서를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 압력센서를 구성하는 복수의 압력셀과 복수의 압력셀이 탈착가능하게 조합되는 베이스 기판을 3D 프린팅을 이용하여 제조할 수 있어서 제조설비 및 공정을 간소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압력센서를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 베이스 기판과 압력셀을 결합구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압력셀을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법의 공정단계를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압력센서(10)를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 베이스 기판(100)과 압력셀(200)을 결합구조를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압력셀(200)을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 압력센서(10)는, 제1 결합부(110)와 전기신호 전달부(120)를 갖는 베이스 기판(100), 및 제1 결합부(110)에 탈착가능하게 결합되는 제2 결합부(220)를 이용하여 상기 베이스 기판(100)에 탈착가능하게 결합되고, 상기 전기신호 전달부(120)에 전기적으로 연결되며, 서로 같거나 다른 압력측정범위를 갖는 복수의 압력셀(200)을 포함할 수 있다.
베이스 기판(100)은 복수의 압력셀(200)을 탈착가능하게 결합하고 지지하며 복수의 압력셀(200)에서 측정되는 압력신호를 외부로 전달할 수 있다. 베이스 기판(100)은 전기절연성 재질로 형성될 수 있다. 베이스 기판(100)은 베이스 기판(100)에 압력셀(200)을 탈착가능하도록 형성되는 제1 결합부(110), 및 압력셀(200)이 측정한 압력신호를 외부로 전달하는 전기신호 전달부(120)를 포함할 수 있다.
제1 결합부(110)는 베이스 기판(100)의 일부로서, 베이스 기판(100)과 동일한 재질로 형성되거나 다른 재질로 형성될 수 있다. 제1 결합부(110)는 압력셀(200)의 제2 결합부(220)와 대응하도록 형성되며, 베이스 기판(100)면에 수직으로 슬라이딩하는 방식이나, 베이스 기판(100)면에 평행하게 측면으로 슬라이딩하는 방식이나, 돌출부와 홈을 이용하여 끼움결합하는 방식 등 다양한 방식에 따른 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어 도 2의 좌측 확대도에 도시된 바와 같이, 제1 결합부(110)는 압력셀(200)을 베이스 기판(100)면에 수직한 방향으로 슬라이딩 결합할 수 있도록 요철 형상으로 형성될 수 있다.
전기신호 전달부(120)는 압력셀(200)과 외부 회로를 전기적으로 연결할 수 있다. 전기신호 전달부(120)는 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속이나 그래핀(graphene), 탄소나노튜브 등의 탄소구조체 또는 전도성 고분자 화합물 등의 전기전도성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 도 2의 우측 확대도에 도시된 바와 같이, 전기신호 전달부(120)는 베이스 기판(100)에서 압력셀(200)이 결합될 부분에 형성되는 하나 이상의 전극패드(121)와 전극패드(121)를 외부 회로로 연결하도록 연장되는 전극패턴(122)을 포함할 수 있다. 전기신호 전달부(120)의 전극패드(121)는 압력셀(200)의 연결부(240) 위치와 대응하도록 형성될 수 있다. 전극패턴(122)은 베이스 기판(100)의 내부를 통과하도록 형성될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 압력셀(200)은 정해진 압력측정범위의 압력이 인가되는 경우 압력에 비례하여 변형되는 몸체부(210), 몸체부(210)의 일면에 하나 이상 형성되고, 몸체부(210)의 변형에 따라 저항값이 변화하는 측정부(230), 몸체부(210)와 베이스 기판(100)이 접촉하는 영역에 형성되고 제1 결합부(110)와 탈착가능하게 결합되도록 대응하는 형상을 갖는 제2 결합부(220), 및 베이스 기판(100)의 전기신호 전달부(120)에 전기적으로 연결되어 측정부(230)의 저항값 변화를 전달하는 연결부(240)를 포함할 수 있다.
몸체부(210)는 압력을 받으면 압력에 따라 변형되고 압력이 제거되면 원래 상태로 복귀하는 탄성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 복수의 압력셀(200)들 각각의 몸체부(210)는 동일한 재질 또는 다른 재질로 형성될 수 있다. 몸체부(210)는 하단과 상단이 다른 재질로 형성되거나 두 가지 이상의 재질이 경계를 형성하는 내부구조를 형성하는 등의 다양한 재질과 구조로 3D 프린팅을 이용하여 제조될 수 있다.
제2 결합부(220)는 몸체부(210)의 일부로서 베이스 기판(100)의 제1 결합부(110)와 탈착가능하게 결합하도록 형성될 수 있다. 제2 결합부(220)는 제1 결합부(110)의 형상에 대응하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 좌측 확대도에 도시된 바와 같이, 제2 결합부(220)는 압력셀(200)을 베이스 기판(100)면에 수직한 방향으로 슬라이딩 결합할 수 있도록 제1 결합부(110)에 대응하는 요철 형상으로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 베이스 기판(100)의 제1 결합부(110)와 압력셀(200)의 제2 결합부(220)는 베이스 기판(100)면에 수직한 방향으로 압력셀(200)을 슬라이딩하여 탈착가능하도록 형성될 수 있다.
베이스 기판(100)과 압력셀(200)을 탈착가능하게 하는 구조는 본 명세서에 기재된 제1 결합부(110) 및 제2 결합부(220)로 한정되지 않는다. 예를 들어, 압력센서(10)의 몸체부(210)는 베이스 기판(100)과 결합하는 제2 결합부(220) 뿐만 아니라, 다른 압력셀(200)과 서로 탈착가능하게 결합하도록 형성되는 제3 결합부를 포함할 수도 있다.
도 3의 (a)는 압력셀(200)을 예시적으로 도시한 도면이고, (b)는 압력셀(200)의 평면도이며, (c)는 압력셀(200)의 저면도이다.
측정부(230)는 몸체부(210)에 가해지는 압력을 측정할 수 있다. 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 측정부(230)는 몸체부(210)에 하나 이상 형성될 수 있다. 측정부(230)는 스트레인 게이지 방식을 이용하여 몸체부(210)의 압력에 따른 물리적 변화를 측정할 수 있다. 측정부(230)는 몸체부(210)를 형성하는 과정에서 몸체부(210)의 외부 또는 내부에 3D 프린팅 방식으로 동시에 형성될 수 있다. 복수의 압력셀(200)들 각각의 측정부(230)는 같은 패턴 또는 다른 패턴으로 형성될 수 있으며, 몸체부(210)에 배치되는 위치도 다양하게 형성될 수 있다.
연결부(240)는 측정부(230)와 전기적으로 연결되고 베이스 기판(100)의 전기신호 전달부(120)와 접촉가능하게 형성된다. 연결부(240)는 전기전도성 재질로 형성될 수 있고, 3D 프린팅 방식으로 몸체부(210)가 형성되는 과정에서 동시에 형성될 수 있다. 도 3의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 연결부(240)는 몸체부(210)가 베이스 기판(100)과 접촉하는 영역에 형성될 수 있으며, 전기신호 전달부(120)의 전극패드(121)가 형성되는 위치에 대응하도록 형성될 수 있다.
몸체부(210)는 다양한 탄성을 갖는 재질로 형성될 수 있고, 압력셀(200)의 압력측정범위는 몸체부(210)의 재질과 몸체부(210)에 부착된 측정부(230)의 조합에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 꼭지점이 제거된 사각뿔 형상으로 몸체부(210)를 형성하는 경우, 복수의 압력셀(200)들 중에서 가운데 위치하는 압력셀(200)의 몸체부(210) 재질은 탄성이 강한 재질로 형성하여 큰 압력을 가하여야 변형가능하도록 설계하고, 주변부에 위치하는 압력셀(200)의 몸체부(210) 재질은 탄성이 약한 재질로 형성하여 약한 압력을 가하더라도 변형가능하도록 설계할 수 있다. 또는, 가운데와 주변부에 위치한 압력셀(200)의 몸체부(210) 높이를 다르게 형성할 수도 있다.
동일한 재질로 동일한 형상의 몸체부(210)에 다양한 패턴의 측정부(230)를 조합할 수 있다. 측정부(230)는 몸체부(210)의 변형에 따라 함께 변형되어 저항의 변화를 측정하도록 형성되는 스트레인 게이지일 수 있다. 예를 들어 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 측정부(230)는 몸체부(210)의 변형 방향에 나란하게 배치되는 제1 및 제2 스트레인 게이지(230a), 및 몸체부(210)의 변형 방향에 직교하게 배치되는 제3 및 제4 스트레인 게이지(230b)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 스트레인 게이지는 브릿지 회로를 이용하여 연결될 수 있다.
몸체부(210)의 재질 및 형상, 측정부(230)의 패턴 및 배치를 다양하게 조합하면 다양한 압력측정범위를 갖는 압력셀(200)을 형성할 수 있고, 다양한 압력측정범위를 갖는 압력셀(200)을 조합하여 넓은 범위의 압력을 측정할 수 있고 특정 목표 압력범위를 특정할 수 있는 압력센서(10)를 제조할 수 있다. 3D 프린팅을 이용하므로 다양한 압력범위를 갖는 다양한 구조의 압력셀(200)을 제조할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 압력셀(200)과 베이스 기판(100)은 탈착가능하므로, 필요한 경우 베이스 기판(100)에서 특정 압력셀(200a)을 제거하고 다른 압력셀(200b)을 배치하여 압력센서(10)의 압력측정범위 및 측정특성을 변경할 수 있다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 압력센서(10) 제조방법의 공정단계를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 압력센서(10) 제조방법은, 3D 프린팅 방법으로서, 베이스 기판(100) 상에 전기신호 전달부(120)를 출력하는 제1 단계(S10), 베이스 기판(100)에서 복수의 압력셀(200)이 형성될 영역에 전기신호 전달부(120)의 일부를 덮도록 워셔블층(300)을 출력하는 제2 단계(S20), 베이스 기판(100) 상에 제1 결합부(110)를 출력하면서, 워셔블층(300) 상에 제1 결합부(110)에 대응하는 형상의 제2 결합부(220)를 갖는 복수의 압력셀(200)을 출력하는 제3 단계(S30), 및 워셔블층(300)을 제거하는 제4 단계(S40)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 압력센서(10) 제조방법은 다양한 재질을 적층 형성할 수 있는 멀티-헤드 3D 프린팅 장치를 이용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 베이스 기판(100)에 전기신호 전달부(120)를 형성한 상태를 도시한 도면이다.
제1 단계(S10)에서, 먼저 베이스 기판(100)을 준비한다. 베이스 기판(100)은 3D 프린팅 장치를 이용하여 출력하여 형성할 수 있고, 미리 제조된 베이스 기판(100)을 이용할 수도 있다. 베이스 기판(100) 상에 전기전도성 재질을 출력하여 전기신호 전달부(120)를 형성한다. 전기신호 전달부(120)는 베이스 기판(100)을 출력하여 형성하는 과정에서 함께 출력될 수도 있다. 전기신호 전달부(120)의 전극패드(121)는 베이스 기판(100)에서 압력셀(200)이 결합될 위치(도 4의 점선 참조)에 형성되고, 전기신호 전달부(120)의 전극패턴(122)은 전극패드(121)와 외부 회로를 연결하도록 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 베이스 기판(100)에 워셔블층(300)을 형성한 상태를 도시한 도면이다.
제2 단계(S20)에서, 베이스 기판(100)과 압력셀(200)을 분리하기 위하여 워셔블층(300)을 형성한다. 워셔블층(300)은 정해진 용매에 용해되는 재질로 형성된다. 워셔블층(300)은 3D 프린팅 과정에서 층을 형성하여 상부에 출력되는 층을 지지하고, 이후 단계에서 특정 용매에 용해되어 최종 물건에는 존재하지 않는다. 워셔블층(300)은 베이스 기판(100)에서 복수의 압력셀(200)이 형성될 영역에 형성되며, 베이스 기판(100)과 압력셀(200)의 사이 및 압력셀(200)과 압력셀(200)의 사이에 형성될 수 있다. 즉, 워셔블층(300)은 전기신호 전달부(120)의 전극패드(121)를 덮도록 형성되어 베이스 기판(100) 상에 압력셀(200)이 직접 접촉하는 것을 방지하고, 제1 결합부(110)와 제2 결합부(220) 사이에 형성되어 베이스 기판(100)과 압력셀(200)이 일체화되는 것을 방지할 수 있다. 워셔블층(300)을 형성하지 않는 경우, 베이스 기판(100)과 압력셀(200)이 일체로 출력되거나 압력셀(200)과 압력셀(200)이 일체로 출력되는 문제가 발생할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제1 결합부(110) 및 제2 결합부(220)를 형성한 상태를 도시한 도면이다.
제3 단계(S30)에서, 베이스 기판(100) 상에 복수의 압력셀(200)을 출력한다. 복수의 압력셀(200)은 워셔블층(300) 상에 출력되어 베이스 기판(100)과 직접 접촉하지 않을 수 있다. 베이스 기판(100) 상에 출력되는 제1 결합부(110)는 베이스 기판(100)과 직접 접촉하여 일체화될 수 있다. 제1 결합부(110) 및 제2 결합부(220)를 출력하면서 그 사이에 워셔블층(300)을 더 출력할 수 있다.
제3 단계(S30)는 워셔블층(300) 상의 전기신호 전달부(120)에 대응하는 위치에 압력셀(200)의 연결부(240)의 일부를 출력하는 제3-1 단계(S31), 및 베이스 기판(100) 상에 제1 결합부(110)를 출력하면서, 워셔블층(300) 상에 제1 결합부(110)에 대응하는 형상의 제2 결합부(220)를 갖는 복수의 압력셀(200)을 출력하되, 제1 결합부(110)와 제2 결합부(220)는 베이스 기판(100)면에 수직한 방향으로 슬라이딩 방식으로 탈착가능하도록 형성하는 제3-2 단계(S32)로 세분화할 수 있다.
제3-1 단계(S31)에서, 연결부(240)는 베이스 기판(100)의 전기신호 전달부(120)에 대응하도록 형성되고, 워셔블층(300)이 제거되면 베이스 기판(100)과 압력셀(200) 사이의 유격이 발생할 수 있으므로 워셔블층(300)의 두께만큼 위치가 변경되더라도 전기적 연결이 유지될 수 있도록 알맞은 넓이를 갖도록 형성될 수 있다.
제3-2 단계(S32)는, 베이스 기판(100) 상에 제1 결합부(110)를 형성하고 워셔블층(300) 상에 몸체부(210)의 일부로서 제2 결합부(220)를 형성하는 단계, 및 탄성을 갖는 재질로 몸체부(210)를 출력하면서 연결부(240)와 측정부(230)를 함께 출력하는 단계로 세분화할 수 있다. 몸체부(210), 연결부(240), 측정부(230)를 출력하는 과정에서 3D 프린팅 장치는 다양한 재질과 형상에 따라 복수의 압력셀(200) 각각을 동시에 출력할 수 있다. 제3 단계(S30)를 수행하면 도 7에 도시된 바와 같이 베이스 기판(100) 상에 복수의 압력셀(200)이 형성되며, 워셔블층(300)에 의해 베이스 기판(100)과 압력셀(200)이 연결되어 있는 상태이다.
제4 단계(S40)에서, 용매를 이용하여 워셔블층(300)을 제거한다. 워셔블층(300)이 제거됨에 따라 베이스 기판(100)과 압력셀(200)이 분리되고, 제1 결합부(110)와 제2 결합부(220) 구조에 따라 베이스 기판(100)면에 수직한 방향으로 슬라이딩 방식으로 탈착가능한 구조가 형성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 압력센서(10) 제조방법은, 제4 단계 이후에, 복수의 압력셀(200)의 배치를 변경하거나 다른 압력셀(200)로 교체하여 측정하려는 목표 압력범위에 적합하도록 재구성하는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다. 제4 단계(S40)가 수행된 압력센서(10)는 다음 공정으로 이송되어, 목표 압력범위를 커버할 수 있도록 압력셀(200)의 배치를 변경하거나 다른 압력셀(200)로 교체하는 재구성하는 단계(S50)가 수행될 수 있다. 재구성하는 단계(S50)는 자동화된 로봇팔 등을 이용하여 베이스 기판(100)의 제1 결합부(110)와 압력셀(200)의 제2 결합부(220) 구조에 알맞은 방법으로 압력셀(200)의 조합을 재구성할 수 있다.
하나의 압력센서(10)를 생산할 때 16개의 압력셀(200)을 동시에 생성할 수 있는 경우, 다양한 목표 압력범위를 커버하기 위하여는 압력셀(200)이 모두 이용될 필요가 없을 수 있고, 이러한 경우 재구성하는 단계(S50)에서 사용되지 않을 압력셀(200)을 제거하여 다른 압력센서(10)에 이용할 수 있으므로, 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 압력센서(10) 제조방법은, 제1 단계(S10) 이전에, 상기 복수의 압력셀(200)을 이용하여 측정하려는 목표 압력범위에 따라, 상기 복수의 압력셀(200)의 압력측정범위가 서로 동일하거나 다르도록 압력셀(200)의 재질, 구조, 배치를 설계하는 단계(S5)를 더 포함할 수 있다.
압력셀(200)의 몸체부(210) 재질 및 형상과 측정부(230) 패턴 및 배치 등에 따라 압력셀(200)의 압력측정범위가 달라지므로, 몸체부(210)와 측정부(230)가 다양하게 조합된 압력셀(200)의 압력측정범위 데이터베이스에 기초하여, 제조하여야 하는 압력센서(10)의 목표 압력범위에 대응하도록 압력셀(200)의 조합을 자동으로 설계할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 압력센서
100: 베이스 기판
110: 제1 결합부
120: 전기신호 전달부
121: 전극패드
122: 전극패턴
200: 압력셀
210: 몸체부
220: 제2 결합부
230: 측정부
240: 연결부
300: 워셔블층

Claims (8)

  1. 제1 결합부와 전기신호 전달부를 갖는 베이스 기판; 및
    상기 제1 결합부에 탈착가능하게 결합되는 제2 결합부를 이용하여 상기 베이스 기판에 탈착가능하게 결합되고, 상기 전기신호 전달부에 전기적으로 연결되며, 서로 같거나 다른 압력측정범위를 갖는 복수의 압력셀을 포함하는, 압력센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력셀은
    정해진 압력측정범위의 압력이 인가되는 경우 압력에 비례하여 변형되는 몸체부;
    상기 몸체부의 일면에 하나 이상 형성되고, 상기 몸체부의 변형에 따라 저항값이 변화하는 측정부;
    상기 몸체부와 상기 베이스 기판이 접촉하는 영역에 형성되고 상기 제1 결합부와 탈착가능하게 결합되도록 대응하는 형상을 갖는 제2 결합부; 및
    상기 베이스 기판의 전기신호 전달부에 전기적으로 연결되어 상기 측정부의 저항값 변화를 전달하는 연결부를 포함하는, 압력센서.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 측정부는
    상기 몸체부의 변형 방향에 나란하게 배치되는 제1 및 제2 스트레인 게이지; 및
    상기 몸체부의 변형 방향에 직교하게 배치되는 제3 및 제4 스트레인 게이지를 포함하는, 압력센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 결합부와 제2 결합부는
    상기 베이스 기판면에 수직한 방향으로 상기 압력셀을 슬라이딩하여 탈착가능하도록 형성되는, 압력센서.
  5. 3D 프린팅 방법으로서,
    베이스 기판 상에 전기신호 전달부를 출력하는 제1 단계;
    상기 베이스 기판에서 복수의 압력셀이 형성될 영역에 상기 전기신호 전달부의 일부를 덮도록 워셔블층을 출력하는 제2 단계;
    상기 베이스 기판 상에 제1 결합부를 출력하면서, 상기 워셔블층 상에 상기 제1 결합부에 대응하는 형상의 제2 결합부를 갖는 복수의 압력셀을 출력하는 제3 단계; 및
    상기 워셔블층을 제거하는 제4 단계를 포함하는, 3D 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3 단계는
    상기 워셔블층 상의 상기 전기신호 전달부에 대응하는 위치에 상기 압력셀의 연결부의 일부를 출력하는 제3-1 단계; 및
    상기 베이스 기판 상에 제1 결합부를 출력하면서, 상기 워셔블층 상에 상기 제1 결합부에 대응하는 형상의 제2 결합부를 갖는 복수의 압력셀을 출력하되, 상기 제1 결합부와 제2 결합부는 상기 베이스 기판면에 수직한 방향으로 슬라이딩 방식으로 탈착가능하도록 형성하는 제3-2 단계를 포함하는, 3D 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 단계 이전에, 상기 복수의 압력셀을 이용하여 측정하려는 목표 압력범위에 따라, 상기 복수의 압력셀의 압력측정범위가 서로 동일하거나 다르도록 압력셀의 재질, 구조, 배치를 설계하는 단계를 더 포함하는, 3D 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제4 단계 이후에, 상기 복수의 압력셀의 배치를 변경하거나 다른 압력셀로 교체하여 측정하려는 목표 압력범위에 적합하도록 재구성하는 단계를 더 포함하는, 3D 프린팅을 이용한 압력센서 제조방법.
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