잉크젯방식을 이용한 적층 조형방법{Paper Layer laminate manufacturing Method with ink jet process}
본 발명은 적층조형방법에 관한 것으로서, 특히 레이저나 커터를 사용하지 않고 산성(酸性)액체를 잉크젯방식으로 분사시킨 후, 열(熱)을 가하여 단면을 오려내도록 한 잉크젯방식을 이용한 적층 조형방법에 관한 것이다. 일반적으로 적층조형방식은 전통적인 가공방식이 모재를 깍아 내면서 원하는 형상을 가공하는 방법인데 반해, 원하는 형상을 일정한 간격으로 자른 다음, 한 층씩 쌓아가면서(material additive) 가공하는 방법이다. 이러한, 적층조형방식의 가장 큰 이점은 절삭가공으로는 가공이 불가능한 내부 홀이 있는 경우라든지 복잡한 형상들도 정밀하게 조형할 수 있다는데 있다. 또한, 최근 기술의 발전으로 조형속도 또한 매우 빠르기 때문에 쾌속조형이 가능하게 되어, 종래의 절삭가공기술을 이용하는 경우와 비교해 시험제품 제작에 필요한 시간이 대폭으로 단축되어 신제품 개발에 매우 유리한 장점이 있다. 상기와 같은 적층 조형방법 중에서 종이를 이용한 적층 조형방법(Paper Lamination)은 종이에 단면을 그리는(오려내는) 방법이 핵심기술이라 할 수 있는데, 현재까지는 레이저빔(Laser beam)을 이용한 방법과 컷터(Cutter)를 이용한 방법 등이 사용되고 있다. 도 1은 종래 기술에 따른 종이 적층 조형장치 구성을 보인 개략사시도로서, 동 도면에서 보여지는 바와 같이 종래의 적층 조형장치는 레이저빔 또는 컷터(10)가 XY위치결정장치(2)(예,XY테이블 등)에 얹혀져 평면상을 움직일 수 있도록 되어있다. 그리고, 조형재료인 종이(1)는 연속적으로 종이 공급롤(6)및 종이 회수롤(7)에 의해 레이저빔 또는 컷터(10)와 플랫폼(9)의 사이에서의 조형공간을 지나도록 되어 있다. 한편, 종이(1)가 연속적으로 공급/회수되는 상부에는 로울러(5)가 장치되어 있어, 조형물 블록(8)과 새로 단면 그리기(描畵)를 할 종이(1)를 눌러서 접착시키도록 하는 구조를 가지고 있다. 도 2는 종래 기술에 따른 종이 적층 조형방법을 보인 공정도로서, 먼저 (a)는 종이 공급공정을 설명하는데, 롤 방식의 종이공급장치(도 1참조) 또는, 일반 사무용프린터나 복사기에서와 같은 낱장공급장치를 이용하여 종이(11)를 이미 압착된 종이블록(14)위에 위치시키도록 한다. 그리고, (b)는 종이 압착공정을 설명하는데, 가열된 로울러(12)로 공급된 종이(11)를 이미 압착된 종이블록(14)에 적당한 압력을 가해 압착시키도록 한다. 이때, 상기 종이의 한쪽 면(단면이 그려지는 반대쪽 면)에는 열이 가해지면 접착성이 나타나는 점착성재료가 도포 되어있다. 그리고, (c)는 단면 그리기 공정을 설명하는데, 상기 종이 압착공정(b)이 끝나면, 레이저빔(종이를 태울 수 있는 정도의 출력을 갖는 것)이나 컷터(13)에 의해 단면 그리기가 이루어지도록 한다. 그리고, 상기와 같은 (a),(b),(c)의 공정을 조형 블록이 완성될 때까지 계속 반복한다. 그리고, 전체 조형블록이 완성되면, 제품부와 단면 그리기공정(c) 시, 격자(Grid)로 처리해 놓은 비제품부를 수작업으로 분리하여 최종 조형물을 얻는다. 상기와 같은 종래 기술은 단면 그리기 공정 시, 평면상의 위치제어가 가능한 XY위치결정장치(2)에 장착된 레이저빔 또는 컷터(13)를 사용하고 있다. 그러나, 상기와 같은 종래 기술을 이용한 적층조형방법은 다음과 같은 문제점을 갖는다. 첫째, 레이저 빔(Laser beam)을 사용하는 경우에는, 레이저 발생장치, 광학계 등의 장치가 필요함에 따라, 장치가 복잡/대형화되고, 장치가격이 매우 비싸지며, 유지보수가 어렵고, 레이저빔에 의해 종이가 탈 때, 연기가 나서 환경상 문제가 되거나 화재의 위험마저 갖는 문제가 있다. 둘째, 컷터(Cutter)를 사용하는 경우에는, 컷터의 날 형상이 방향성을 갖고 있어, 단면을 그리는 방향에 따라 날 방향을 조절해야 하고, 날 방향을 고정할 경우 컷팅 폭이 균일하게 유지되지 못하며, 컷팅 시, 가루에 가까운 종이부스러기 등이 발생하여 기계의 작동부에 나쁜 영향을 주거나 인체에 해로울 수 있고, 컷터 날의 폭을 줄이는데 한계가 있어 레이저 빔 등과 같이 미세 형상을 그리는데 한계가 있으며, 조형속도가 레이저빔방식에 비해 느리고, 컷터가 쉽게 마모 또는 손상되므로 주기적으로 교환해야 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 산성액체를 쓰는 잉크젯 헤드를 사용하여, 구조가 간단하고, 비용이 저렴하면서도 균일하고 정밀한 단면 그리기 공정이 가능한 잉크젯방식을 이용한 적층 조형방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯방식을 이용한 적층 조형방법은 종이 등의 시트재료를 사용하는 적층 조형방법에 있어서, 종이를 공급하는 단계와; 잉크를 분사시켜 단면을 그리는 단계와; 가열된 압착부로 종이에 열과 압력을 가하여 압착하는 단계와; 압착된 종이를 잘라내는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 분사용 잉크는 가열에 의해 종이 등의 시트재료를 부식시키는 작용을 하는 산성액체인 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 압착부는 미리 가열되어 있음을 특징으로 한다. 여기서, 상기 압착부는 롤 형태로 구성된 것을 특징으로 한다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯방식을 이용한 적층 조형장치는, 종이 등의 시트재료를 사용하는 적층 조형장치에 있어서, 상기 종이를 공급하는 공급부와; 잉크를 분사하는 잉크 분사부와; 종이를 열로 압착하는 압착부와; 그리고, 압착된 종이를 잘라내는 절단부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 잉크 분사부에 사용되는 분사 잉크는 가열에 의해 종이 등의 시트재료를 부식시키는 작용을 하는 산성액체인 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 압착부는 미리 가열되어 있는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 압착부는 롤 형태로 구성된 것을 특징으로 한다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯방식을 이용한 적층 조형장치는, 종이 등의 시트재료를 사용하는 적층 조형장치에 있어서, 상기 시트재료에 단면형상을 그리거나 오려내는데 잉크젯헤드와 가열/가압장치를 사용하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 잉크젯헤드에 사용하는 분사액으로 가열에 의해 종이 등의 시트재료를 부식시키는 작용을 하는 산성액체를 사용하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 산성액체 분사에 의해 단면형상을 그린 후, 가열 로울러에 의해 가열/가압하여 단면형상을 오려내는 것을 특징으로 한다. 이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다. 도 3은 본 발명에 따른 잉크젯방식을 이용한 적층 조형방법을 보인 공정도이다. 동 도면에서 보여지는 바와 같이 본 발명에 따른 잉크젯방식을 이용한 적층 조형방법은 도 3의 (a)와 같이 종이 등의 시트재료(111)를 공급하는 단계와; 도 3의 (b)와 같이 잉크젯 헤드(115)를 이용하여 잉크를 분사시켜 단면을 그리는 단계와; 도 3의 (c)와 같이 가열된 압착부(112)로 종이를 통과시켜 열과 압력을 가하여 압착하는 단계와; 이후, 압착된 종이(111)를 잘라내는 단계를 포함하여 된다. 이때, 상기 잉크젯 헤드(115)에 사용되는 분사용 잉크는 가열에 의해 종이 등의 시트재료를 부식시키는 작용을 하는 산성액체가 사용된다. 또한, 상기 압착부(112)는 로울러 형태로 구성된다. 상기와 같은 본 발명의 적층 조형방법을 이루기 위한 본 발명에 따른 잉크젯방식을 이용한 적층 조형장치는, 종이 등의 시트재료(111)를 공급하는 공급부와; 잉크젯 헤드(115)를 이용하여 잉크를 분사하는 잉크 분사부와; 종이(111)를 열로 압착하는 압착부(112)와; 그리고, 압착된 종이(111)를 잘라내는 절단부를 포함하여 구성된다. 상기와 같은 본 발명은 조형재료인 종이(111)에 단면형상을 그리고 오려내는데, 가열하면 쉽게 부식반응을 일으키는 산성액체를 잉크젯헤드(115)로 미세하게 분사하여 단면을 그린 후 가열된 로울러(112)로 종이전면에 걸쳐 열과 압력을 가함으로써 원하는 형상을 오려낸다. 즉, 종이(111)의 위면중 산성액체가 분사된 곳이 가열된 로울러(112)에 의해 열을 받게 되면, 그 부분만 종이(111)가 부식되어 종이(111)를 선택적으로 오려냄과 동시에 이미 압착된 조형블록(114)에 접착시키는 효과를 얻는다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다. 첫째, 본 발명은 산성액체를 쓰는 잉크젯 헤드와 가열 로울러를 핵심요소로 구성하고 있어, 장치가격이 레이저빔방식에 비해 저렴하며, 유지보수가 아주 간편해지는 효과가 있다. 둘째, 본 발명은 레이저빔방식과 동등한 조형속도를 갖는 효과가 있다. 셋째, 본 발명은 연기나 분진 등의 발생우려가 없어 친환경적인 효과가 있다. 넷째, 본 발명은 장치를 작고 단순하게 구성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 종이 적층 조형장치 구성을 보인 개략사시도. 도 2는 종래 기술에 따른 종이 적층 조형방법을 보인 공정도. 도 3은 본 발명에 따른 잉크젯방식을 이용한 적층 조형방법을 보인 공정도. *도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* 111: 종이 112: 압착부 114: 조형블록 115: 잉크젯 헤드 |
