적층제조시스템 -7-

1. 빛의 조사 방향

빛을 조사하는 방향은 '위에서 아래', '아래서 위' 두가지 경우가 있다.

- 위에서 아래로 조사

상대적으로 크기가 큰 형상을 제작하는 적층제조 장치에 많이 사용

- 아래에서 위로 조사

크기가 작은 제품을 주로 제작( 중력때문에 큰제품은 제작 힘듬 ), 제작속도가 상대적으로 빠르고 층의 성형이 용이한 규제액면방식 및 투명창을 통해 빛을 아래에서 위로 조사함

 

2. 적층판의 이송방향

성형과정이 종료되면 만들어진 제품을 적층판에서 쉽게 제거할 수 있도록 성형 과정에서 광 경화성 수지 내부에 위치하고 있던 적층판이 수지 밖으로 이송.

- 적층판이 위에서 아래로 이송되는 경우

빛을 위에서 아래로 조사, 경화되지 않은 재료들이 다시 아래로 흘러내려 재활용 될 수 있도록 구멍이 촘촘하게 뚫려진 적층판이 주로 사용.

- 적층판이 아래에서 위로 이송되는 경우

빛을 아래에서 위로 조사, 적층판이 장치에서 분리되는 경우가 대부분

 

3. 후공정

- 세척 및 지지대의 제거

제품 표면에 남은 액체상태의 광 경화성 수지를 알코올 등으로 세척

칼날이나 니퍼로 지지대를 제거

- 후경화

경화된 제품 내부에 경화되지 않은 미량의 액체상태의 광 경화성 수지 존재, 빛이 없는 상태에서도 중합반응이 일정기간 동안 계속 해서 일어나면서 경화되려는 성질.

이러한 현상이 오랜 시간 지난 후 제품의 형상을 변형시키거나 잔류응력이 발생하는 원인이 됨.( 성형된 제품의 두께나 형상이 일정하지 않을 때 더 심해진다. ) 

세척 및 지지대의 제거가 끝난 제품은 자외선을 이용해서 추가적으로 경화시키는 것이 필요하며, 이는 주로 자외선 경화기를 이용.

 

4. 빛의 조사조건

(1) 자유 액면 방식

광 경화성 수지의 표면이 외부로 노출되어 있으며, 노출된 광 경화성 수지의 표면에 빛을 주사하는 방식

규제 액면방식에 비해서 빛 에너지 제어가 상대적 용이

하지만 플랫폼의 높이가 정밀하게 이송되거나 매우 정밀한 양의 광경화 수지가 수조 내로 공급되어야 해서 높이제어가 어렵다. ( 광경화성 수지의 관성력보다 점성력이 높기때문(기름 정도의 점성)에 발생하고, 정밀도 해상도에 영향을 미친다 )

층높이가 낮을수록 해상도가 높다. 

표면장력& 점성에 의해 광경화성 수지가 잘 안덮힌다.

층 높이가 매우 얇은 경우 이전 층 위에 덮인 광 경화성 수지가 고르게 퍼지는데 시간이 많이 소요, 스위퍼 등의 장치를 이용해 고르게 퍼지게 해줌.( 스위퍼는 뾰족함, 액면높이 일정하게 제어는 레이저 + 펌프)

(2) 규제 액면 방식

빛(자외선)이 투명창(투과율이 높은 유리)을 통해서 광경화성 수지에 조사됨.

점성에 영향을 크게 받지 않기 때문에 광경화성수지를 채우기가 용이

대기시간도 필요하지 않기 때문에 스위퍼도 사용 X

플랫폼 정밀 이송 필수, 새로운 층이 투명유리에 접착 될 가능성 높다.

광학계를 정밀하게 설계하여 주사되는 빛 에너지 조절, 투명창 위에 특수한 필름을 붙여 접착 예방.

 

5. 광원의 형태

(1)점경화 방식(벡터 스캔 방식)

자외선 레이저를 조사하여 층을 형성, 정밀도가 비교적 매우 우수, 치수정밀도도 뛰어남

플랫폼을 아래로 이송시키는 방법이 구현하기 쉬워 일반적으로 사용. 단면 형상대로 점을 스캔하기 때문에 벡터스캔 방식

SLA기술이 대표적( 자유액면방식 & 점경화 )

- SLA기술

파장이 짧은 자외선 빛을 사용해 정밀도와 해상도를 키우고, 아크릴 또는 에폭시 계열 광경화성 수지 사용

렌즈를 통해 빛을 매우 작은 지름을 갖도록 만들어줌, 빛 반사는 Galvanometer mirror의 tilting 으로 전기신호를 통해 제어

스위퍼사용

- EnvisionTec의 3SP

Galvanometer 대신 회전하는 드럼들과 렌즈들을 이용해 평면에 빛을 스캔하여 광원으로는 레이저 다이오드사용(반도체 레이저)

(2)면경화 방식

마스크를 이용하는 방식과 빛을 선택적으로 반사시키는 방식

- 마스크를 이용하는 방식

단면 형상의 빛만을 투과시키는 마스크를 삽입하여 마스크를 투과하는 빛이 단면 형상을 가지도록 한 후 빛을 조사

마스크는 특정 파장의 빛을 투과시키는 투명한 유리판 위에 만들어지거나 LCD를 이용하여 만들어지기도 하지만 현재에는 많이 사용되지 않음

- 선택적 반사

DMD(작은 거울들)을 이용해 빛을 선택적으로 반사시켜 단면형상의 빛만을 반사시킴.

반사되는 빛의 품질이 좋고 자동화하기 쉬우며 마스크형상을 쉽게 바꿀수 있음

DLP라는 DMD를 이용하는 광원처리 기술이 주로 사용되고, 정밀도가 매우 높은 형상의 제작이 가능

 

-DLP기술

Texas Instruments사가 DMD를 이용하는 기술

DLP Chipset에 내장된 핵심부품인 DMD는 MEMS 기술로 만들어져 반사율이 매우 높고 개별적 제어가 가능하면서 크기가 매우 작아 200만개 내외의 거울들이 배열되있는 형태

DLP 프로젝터에 사용되는 기술과 거의 동일, 3D CAD를 이용해 만들어진 제품의 단면 형상에 해당하는 각각의 단면 데이터를 각각 비트맵 데이터 형태의 디지털 마스크 데이터로 변환

이 데이터를 DLP 투사장치에서 광경화성 수지 표면에 투영하여 단면 형상을 경화시킴

SLA등과 같은 점경화 기술과 다르게 하나의 단면이 만들어지는 속도가 빠르다

DLP 투사장치와 광 경화성 수지 사이의 거리를 짧게 하거나, 빛이 투사되는 면적을 작게하여 성형되는 크기를 작게 할 수록 매우 높은 해상도를 갖는 크기가 작은 제품을 성형 가능, 반면 DLP에서 투사장치와 광경화성 수지 사이의 거리가 멀어지게 하여 단면 형상을 크게 만들면 성형되는 제품의 크기가 커지지만 해상도는 낮아지게 된다.

-DLP 칩셋

DMD는 한변의 크기가 10micro meter(머리카락의 1/10배) 내외의 정사각형 거울들의 배열로 구성. 그 개수는 DLP 제품 해상도에 따라 달라지고 디지털 신호에 의해 10도 내외로 움직여 입사되는 빛이 선택적으로 반사된다.

해상도가 높을수록 가격은 비싸지고, 자외선 빛을 사용

 

6. 빛의 조사조건, 광원의 형태 및 빛의 조사방향

1. 자유 액면 & 점 광원 SLA 기술

2. 자유 액면 & 면 광원

3. 규제 액면 & 점광원 (위아래 조사 가능)

4. 규제 액면 & 면 광원 (위아래 조사 가능)

 

7. 재료

광 경화성 수지는 플라스틱의 성질을 가지게 됨

업체에서 해당 장비에 맞는 재료를 공급 중

고무와 같은 유연한 특성을 갖거나 왁스와 거의 동일하여 저온에서 쉽게 녹거나 완전 연소가 가능한 재료, 반투명 재료 등도 있어 이에 따라 활용 범위가 넓다.

재료마다 굽힘강도, 인장강도, 연신율, 열변형량 등의 기계적 물성 값들이 다양하여 사용목적에 맞게 재료 선택 가능

반투명 재료의 경우 장치 내부를 확인하기 위한 케이스들로 사용

완전 연소가 가능하거나 용융점이 높지 않은 재료들은 정밀한 금속제품 제작하기 위한 모형틀을 만드는데 매우 용이( 귀금속 산업 ) Investment Casting

이 외에도 의료분야를 비롯한 많은 분야에서 다양한 시제품 및 실제 제품의 제작에 활용

 

DWS Systems같은 경우

Wax 시리즈, 다양한 색상, 보철물, 인상모형, 투명재료등 여러 재료 사용