KR101787718B1 - 3-dimensional laser printing apparatus and method - Google Patents

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하태호
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Abstract

According to one embodiment of the present invention, a three-dimensional laser printing apparatus which laminates a clad layer by melting powder using a laser beam output from an optical system is disclosed, wherein the optical system comprises: a first laser beam having a beam intensity capable of melting powder and irradiating a surface of an object to be laminated; and a second laser beam having a beam intensity enough to heat a laminated clad layer without being re-melted and irradiating the surface of the object to be laminated in a shape surrounding the first laser beam. According to one embodiment of the present invention, a laser beam for processing for forming a molten pool and for laminating a clad layer, and a laser beam for heating for heating the periphery of the molten pool to prevent quenching of the clad layer at the periphery of the molten pool can be simultaneously provided.

Description

3차원 레이저 프린팅 장치 및 방법 {3-dimensional laser printing apparatus and method} The present invention relates to a three-dimensional laser printing apparatus and method,

본 발명은 3차원 레이저 프린팅 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 시편에 클래드 재료의 분말을 공급하고 레이저광을 조사하여 클래드층을 적층함으로써 3차원 조형물을 제작하는 레이저 클래딩 기술을 이용한 3차원 레이저 프린팅 방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional laser printing method and apparatus, and more particularly, to a three-dimensional laser printing method and apparatus using three-dimensional laser printing method using a laser cladding technique for producing a three-dimensional projected product by supplying powder of a clad material to a specimen, Dimensional laser printing method and apparatus.

레이저 클래딩(Laser Cladding) 또는 금속 3D 프린팅 기술은 제작할 입체 조형물에 대한 CAD(Computer-Aided Design)용 3차원 데이터로부터 2차원 단면정보를 취득하여 각 단면을 한층씩 적층하여 형성함으로써 조형물을 제조하는 기술이다. Laser cladding or metal 3D printing technology is a technique of obtaining a two-dimensional cross-sectional information from three-dimensional data for CAD (Computer-Aided Design) for a three-dimensional object to be produced and laminating each cross- to be.

이 기술은 3차원 CAD 데이터로부터 소정 두께를 갖는 2차원의 단면 정보를 산출하고 각 2차원 단면정보에 해당하는 형태와 두께를 갖는 클래드층(clad layer)을 순차적으로 적층시켜 3차원 형상의 조형물을 만든다. 즉 2차원의 면들을 한 층씩 차례로 적층함으로써 3차원 형상을 제작하는 기술이다. In this technique, two-dimensional cross-sectional information having a predetermined thickness is calculated from three-dimensional CAD data, and clad layers having a shape and thickness corresponding to each two-dimensional cross-sectional information are sequentially laminated to form a three- I make it. That is, a technique of fabricating a three-dimensional shape by laminating two-dimensional planes one layer at a time.

이 방법에서는 예를 들어 도1에 도시한 것처럼 시편(20)(또는 '기판' 혹은 '모재'라고도 함) 위에 레이저광 출력단(10)이 배치되고, 레이저광 출력단(10)에서 레이저광을 조사하여 시편(20)에 국부적으로 용융 풀(melting pool)을 형성함과 동시에 이 영역에 분말 형태의 클래딩 소재(예컨대 금속, 합금, 또는 세라믹 등)을 공급하여 시편(20) 표면에 클래드층을 적층한다. 이 때 레이저광 출력단(10)과 분말을 공급하는 공급노즐(미도시)이 일체가 되어 시편(20) 위에서 지그재그 또는 다른 임의의 적층 경로를 따라 이동하며 시편(20) 위에 클래드층을 적층하며, 이에 의해 도2와 같이 시편(20) 위에 한 층씩 클래드층(31,32,33)이 형성된다.In this method, for example, a laser light output stage 10 is disposed on a test piece 20 (or a substrate or a base material) as shown in FIG. 1, and laser light is irradiated on the laser light output stage 10 A melting pool is locally formed in the specimen 20 and a clad material in the form of powder (for example, metal, alloy, ceramic, or the like) is supplied to the region to laminate the clad layer on the surface of the specimen 20 do. At this time, the laser light output stage 10 and the supply nozzle (not shown) for supplying the powder are integrally stacked on the specimen 20 and move along a zigzag or any other stacking path on the specimen 20 to stack the clad layer on the specimen 20, As a result, the clad layers 31, 32, and 33 are formed on the test piece 20 as shown in FIG.

그런데 이러한 기존의 레이저 클래딩 방식에서, 레이저광 출력단(10)이 경로를 따라 이동하면서 분말을 용융하고 클래드층을 적층하면, 레이저광 출력단(10)이 지나가버린 후 방금 적층된 클래드층 영역이 급속히 냉각하게 되는데, 이렇게 급속히 냉각된 클래드층 조형물은 깨어지기 쉬운 상태가 된다. However, in the conventional laser cladding method, when the laser light output terminal 10 is moved along the path and the powder is melted and the clad layer is laminated, the laser light output stage 10 passes, and the clad layer region just stacked is rapidly cooled The rapid cooling of the clad layer formulations is apt to break.

종래에 이 문제를 해결하기 위해 시편(20)의 아래쪽에 가열수단을 배치하고 클래드층을 적층하는 공정 동안 시편(20)을 전체적으로 계속 가열하여 클래드층이 빨리 냉각되는 것을 방지하는 방법이 사용되기도 한다. 그러나 시편 전체를 가열하기 위해서 전력 소비가 많아지고 장치가 복잡해지는 문제가 있고, 또한 클래드층이 높이 적층될수록 아래쪽으로부터 위쪽 클래드층까지 전달되는 열이 점점 줄어들므로 가열 효율이 점차 떨어지는 문제가 있다. In order to solve this problem in the past, a method of disposing a heating means under the specimen 20 and continuously heating the specimen 20 as a whole during the step of laminating the clad layer to prevent the clad layer from being cooled quickly is also used . However, in order to heat the entire specimen, there is a problem that the power consumption increases and the apparatus becomes complicated. Further, as the height of the clad layer is increased, the heat transmitted from the lower part to the upper clad layer gradually decreases.

한국 공개특허공보 제2003-0039929호 (2003년 5월 22일 공개)Korean Published Patent Application No. 2003-0039929 (published on May 22, 2003)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 용융 풀을 생성하고 클래드층을 적층하기 위한 가공용의 레이저광과 용융 풀 주변의 클래드층의 급냉을 방지하기 위해 주변을 가열하는 가열용의 레이저광을 동시에 제공할 수 있는 3차원 레이저 프린팅 장치 및 방법을 개시한다. According to one embodiment of the present invention, a laser beam for processing for forming a molten pool and for laminating a clad layer and a laser beam for heating for heating the periphery are simultaneously provided to prevent quenching of the clad layer around the molten pool A three-dimensional laser printing apparatus and method are disclosed.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가공용의 제1 레이저광이 적층 대상의 표면에 조사되고 이와 동시에 가열용의 제2 레이저광이 적층 대상의 표면에서 제1 레이저광 주위를 둘러싸는 형상으로 조사되도록 하는 3차원 레이저 프린팅 장치 및 방법을 개시한다.According to one embodiment of the present invention, the first laser light for processing is irradiated on the surface of the object to be laminated, and at the same time, the second laser light for heating is irradiated on the surface of the object to be laminated so as to surround the first laser light A three-dimensional laser printing apparatus and method are disclosed.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 시스템에서 출력되는 레이저광으로 분말을 용융하여 클래드층을 적층하는 3차원 레이저 프린팅 장치로서, 상기 광학 시스템이, 분말을 용융할 수 있는 광강도를 가지며 적층 대상의 표면에 조사되는 제1 레이저광; 및 적층된 클래드층을 재용융하지 않고 가열할 정도의 광강도를 가지며, 상기 적층 대상의 표면에 상기 제1 레이저광 주위를 둘러싸는 형상으로 조사되는 제2 레이저광;을 생성하도록 구성된 3차원 레이저 프린팅 장치가 제공된다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a three-dimensional laser printing apparatus for melting a powder with laser light output from an optical system to laminate clad layers, wherein the optical system has a light intensity capable of melting powder, A first laser beam irradiating the surface of the first laser light; And a second laser light having a light intensity enough to heat the laminated clad layer without re-melting, and irradiating the surface of the object to be laminated in a shape surrounding the first laser light; A printing apparatus is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 시스템에서 출력되는 레이저광으로 분말을 용융하여 클래드층을 적층하는 3차원 레이저 프린팅 장치로서, 레이저 광원에서 생성된 레이저광을 제1 레이저광과 제2 레이저광으로 분할하는 빔 스플리터; 상기 제2 레이저광을 상기 제1 레이저광 주위를 둘러싸는 형상으로 만드는 광학장치; 및 상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광을 하나의 광축을 기준으로 정렬하여 결합하는 빔 결합기;를 포함하는 3차원 레이저 프린팅 장치가 제공된다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a three-dimensional laser printing apparatus for melting a powder with laser light output from an optical system to laminate a clad layer, wherein laser light generated in the laser light source is emitted as a first laser light and a second laser light A beam splitter for splitting the beam splitter; An optical device for making the second laser light into a shape surrounding the first laser light; And a beam combiner for aligning and coupling the first laser beam and the second laser beam with respect to one optical axis.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 시스템에서 출력되는 레이저광으로 분말을 용융하여 클래드층을 적층하는 3차원 레이저 프린팅 장치로서, 제1 레이저 광을 생성하는 제1 레이저 광원; 제2 레이저 광을 생성하는 제2 레이저 광원; 상기 제2 레이저광을 상기 제1 레이저광 주위를 둘러싸는 형상으로 만드는 광학장치; 및 상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광을 하나의 광축을 기준으로 정렬하여 결합하는 빔 결합기;를 포함하는 3차원 레이저 프린팅 장치가 제공된다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a three-dimensional laser printing apparatus for melting a powder with laser light output from an optical system to laminate a clad layer, comprising: a first laser light source for generating a first laser light; A second laser light source for generating a second laser light; An optical device for making the second laser light into a shape surrounding the first laser light; And a beam combiner for aligning and coupling the first laser beam and the second laser beam with respect to one optical axis.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 시스템에서 출력되는 레이저광으로 분말을 용융하여 클래드층을 적층하는 3차원 레이저 프린팅 방법으로서, 레이저 광원에서 생성된 레이저광을 제1 레이저광과 제2 레이저광으로 분할하는 단계; 상기 제2 레이저광을 상기 제1 레이저광 주위를 둘러싸는 형상의 광으로 조절하는 단계; 상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광을 하나의 광축을 기준으로 정렬하여 결합하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 레이저광을 적층 대상의 표면에 동시에 조사하는 단계;를 포함하는 3차원 레이저 프린팅 방법이 제공된다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a three-dimensional laser printing method for laminating clad layers by melting powders with laser light output from an optical system, the laser light being generated by a laser light source, ; Adjusting the second laser light to light having a shape surrounding the first laser light; Aligning the first laser light and the second laser light by aligning them with respect to one optical axis; And simultaneously irradiating the surface of the object to be laminated with the first and second laser beams.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 시스템에서 출력되는 레이저광으로 분말을 용융하여 클래드층을 적층하는 3차원 레이저 프린팅 방법으로서, 제1 레이저광과 제2 레이저광을 각각 생성하는 단계; 상기 제2 레이저광을 상기 제1 레이저광 주위를 둘러싸는 형상의 광으로 조절하는 단계; 상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광을 하나의 광축을 기준으로 정렬하여 결합하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 레이저광을 적층 대상의 표면에 동시에 조사하는 단계;를 포함하는 3차원 레이저 프린팅 방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a three-dimensional laser printing method of laminating clad layers by melting powders with laser light output from an optical system, the method comprising: generating first laser light and second laser light; Adjusting the second laser light to light having a shape surrounding the first laser light; Aligning the first laser light and the second laser light by aligning them with respect to one optical axis; And simultaneously irradiating the surface of the object to be laminated with the first and second laser beams.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 클래드층을 적층하기 위한 가공용의 레이저광을 용융 풀을 향해 조사하고 이와 동시에 용융 풀 주변에 클래드층의 급냉을 방지하기 위한 가열용 레이저광을 조사함으로써, 적층될 영역에 대해서는 예열하는 효과를 가지며 또한 이미 적층된 영역에 대해서는 클래드층의 급냉을 방지할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by irradiating a laser beam for processing for laminating a clad layer toward a molten pool and at the same time for irradiating a laser beam for heating to prevent quenching of the clad layer around the molten pool, It is possible to provide an effect of preheating the region and to prevent the quenching of the cladding layer in the already deposited region.

도1 및 도2는 종래의 3차원 레이저 프린팅 방법을 설명하기 위한 도면,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따라 생성되는 레이저광을 설명하기 위한 도면,
도4는 도3의 레이저광의 광강도를 설명하기 위한 도면,
도5는 대안적 실시예에 따라 생성되는 레이저광을 설명하기 위한 도면,
도6은 또다른 대안적 실시예에 따라 생성되는 레이저광을 설명하기 위한 도면,
도7은 일 실시예에 따른 3차원 레이저 프린팅 장치를 설명하기 위한 도면,
도8은 제1 실시예에 따른 광학 시스템을 설명하기 위한 도면,
도9는 제2 실시예에 따른 광학 시스템을 설명하기 위한 도면,
도10은 제3 실시예에 따른 광학 시스템을 설명하기 위한 도면,
도11은 일 실시예에 따른 레이저광 생성 및 조사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
1 and 2 are views for explaining a conventional three-dimensional laser printing method,
3 is a view for explaining laser light generated according to an embodiment of the present invention,
4 is a diagram for explaining the light intensity of the laser light of FIG. 3,
5 is a diagram for explaining laser light generated according to an alternative embodiment,
FIG. 6 is a view for explaining laser light generated according to another alternative embodiment; FIG.
7 is a view for explaining a three-dimensional laser printing apparatus according to an embodiment,
8 is a view for explaining an optical system according to the first embodiment,
9 is a view for explaining an optical system according to a second embodiment,
10 is a view for explaining an optical system according to the third embodiment,
11 is a flowchart illustrating a laser light generating and irradiating method according to an embodiment.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 게재될 수도 있다는 것을 의미한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it can be formed directly on the other element, or a third element may be placed therebetween.

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 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. The terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements.

또한 본 명세서에서 발명의 구성요소를 지칭하기 위해 사용된 "...부", "…모듈", "...보드", "…블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있고 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, terms such as " ... part ", "module "," ... board ", "... block ", etc. used to refer to components of the invention are used herein to describe at least one function or operation Unit, which may be implemented in hardware, software, or a combination of hardware and software.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing the specific embodiments below, various specific details have been set forth in order to explain the invention in greater detail and to assist in understanding it. However, it will be appreciated by those skilled in the art that the present invention may be understood by those skilled in the art without departing from such specific details. In some instances, it should be noted that portions of the invention that are well known in the description of the invention and not significantly related to the invention do not describe confusion in describing the present invention.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따라 생성되는 레이저광을 설명하기 위한 도면으로, 도3(a)는 레이저광 출력단(10)에서 출력되는 레이저(40)가 클래드층(30)에 조사되는 모습을 측면에서 나타낸 것이고, 도3(b)는 클래드층(30)의 표면에 조사되는 레이저광(40)을 위에서 바라본 모습이다. FIG. 3 is a view for explaining laser light generated according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 (a) is a plan view of a laser light output from the laser light output stage 10, And FIG. 3 (b) is a view of the laser light 40 irradiated on the surface of the clad layer 30 from above.

도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 레이저 프린팅 장치의 헤드 유닛(예를 들어, 도7의 100)에 레이저광 출력단(10)이 부착되어 있고, 이 출력단(10)으로부터 레이저광(40)이 적층 대상(예를 들어, 클래드층(30))을 향해 조사된다. 7, a laser light output stage 10 is attached to a head unit (for example, 100 in FIG. 7) of a three-dimensional laser printing apparatus according to an embodiment, and laser light 40 ) Is irradiated toward the object to be laminated (for example, the clad layer 30).

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저광(40)은 제1 레이저광(41)과 제2 레이저광(43)으로 구성될 수 있다. 도면에 도시한 바와 같이, 제1 레이저광(41)은 적층 대상의 표면에 소정 직경의 원 형상으로 조사되는 레이저광이다. 제1 레이저광(41)이 조사되는 조사 영역을 도면에 "Ap"로 표시하였다. 제1 레이저광(41)은 분말 형태의 클래딩 소재(예를 들어 금속, 합금, 또는 세라믹 분말)를 용융할 수 있을 정도의 광강도를 가진다. 제1 레이저광의 조사 영역(Ap)에 클래딩 소재의 분말이 분사되면 분말이 제1 레이저광(41)에 의해 용융되어 용융 풀(melting pool)이 형성된다. The laser light 40 according to an embodiment of the present invention may be composed of a first laser light 41 and a second laser light 43. As shown in the figure, the first laser beam 41 is a laser beam which is irradiated on the surface of the object to be laminated in a circular shape with a predetermined diameter. The irradiation region irradiated with the first laser light 41 is indicated by "Ap" in the figure. The first laser light 41 has a light intensity enough to melt a powdery cladding material (for example, a metal, an alloy, or a ceramic powder). When the powder of the cladding material is injected into the irradiation area Ap of the first laser light, the powder is melted by the first laser light 41 to form a melting pool.

제2 레이저광(43)은 제1 레이저광(41) 주위를 둘러싸는 링(ring) 형상(또는 도넛(donut) 형상)으로 조사되는 레이저광이며, 제2 레이저광(43)이 조사되는 조사 영역을 "Ah"로 표시하였다. 제2 레이저광(43)은 적층된 클래드층을 재용융하지 않고 가열할 정도의 광강도를 가진다. 도3(b)에 도시한 것처럼 제2 레이저광(43)의 조사 영역(Ah)은 제1 레이저광(41)과 동일한 광축(45)을 가지며 제1 레이저광(41)의 조사 영역(Ap)을 둘러싸는 링 형상으로 조사된다. The second laser light 43 is a laser light that is irradiated in a ring shape (or donut shape) surrounding the first laser light 41, Quot; Ah ". The second laser light 43 has a light intensity enough to heat the laminated clad layer without re-melting. The irradiation area Ah of the second laser light 43 has the same optical axis 45 as that of the first laser light 41 and has an irradiation area Ap of the first laser light 41 As shown in Fig.

도시한 실시예에서는 광축(45)으로부터의 링 형상의 조사 영역(Ah)의 내주면의 반경이 원 형상의 조사 영역(Ap)의 외주면 반경보다 큰 것으로 도시하였고, 따라서 제1 레이저광의 조사영역(Ap)과 제2 레이저광의 조사 영역(Ah)이 서로 겹치지 않는다. 그러나 대안적 실시예에서, 제1 레이저광의 조사 영역(Ap)과 제2 레이저광의 조사 영역(Ah)의 일부가 겹칠 수도 있다. In the illustrated embodiment, the radius of the inner peripheral surface of the ring-shaped irradiation area Ah from the optical axis 45 is larger than the radius of the outer peripheral surface of the circular irradiation area Ap, And the irradiation area Ah of the second laser light do not overlap with each other. However, in an alternative embodiment, a part of the irradiation area Ap of the first laser light and the irradiation area Ah of the second laser light may overlap.

도4는 도3의 레이저광의 광강도를 설명하기 위한 도면이다. 도4에서 세로축은 광강도이고 가로축은 광축(45)으로부터의 거리(반경)를 나타낸다. 도면에서 제1 레이저광(41)을 실선으로 표시하고 제2 레이저광(43)을 점선으로 표시하였으며, 제1 레이저광과 제2 레이저광의 광강도 그래프는 설명을 위한 도식적인 것으로 실제 레이저광의 광강도 그래프와 상이할 수 있다. Fig. 4 is a diagram for explaining the light intensity of the laser light of Fig. 3; Fig. In Fig. 4, the vertical axis represents the light intensity and the horizontal axis represents the distance (radius) from the optical axis 45. In the drawing, the first laser light 41 is indicated by a solid line, the second laser light 43 is indicated by a dotted line, and the graphs of the light intensities of the first laser light and the second laser light are diagrammatic for explanation, It can be different from the intensity graph.

도면을 참조하면, 제1 레이저광(41)은 광축(45)에서 가장 큰 광강도를 가지며 중심에서 멀어질수록 강도가 약해진다. 이 때 분말을 융용할 수 있는 광강도를 가지는 반경까지를 제1 레이저광의 조사영역(Ap)으로 표시하였다. 도시한 실시예에서, 제1 레이저광(41)을 콜리메이트 광으로 구현할 수 있으며 조사 영역(Ap) 내에서 제1 레이저광(41)이 대략 일정한 광강도를 가질 수 있다. Referring to the drawing, the first laser light 41 has the largest light intensity on the optical axis 45, and the intensity becomes weaker as the distance from the center increases. At this time, up to a radius having a light intensity capable of melting the powder is indicated by the irradiation area Ap of the first laser light. In the illustrated embodiment, the first laser light 41 can be implemented as collimated light, and the first laser light 41 can have a substantially constant light intensity within the irradiation area Ap.

제2 레이저광(43)은 링 형상(또는 도넛 형상)으로 조사되며, 따라서 도면에 도시한 것처럼 제2 레이저광(43)은 광축(45)에서 일정 거리 이격된 영역에서 가장 큰 광강도를 가진다. 도시한 일 실시예에서 제2 레이저광(43)은 콜리메이트 광으로 구현될 수 있다. 제2 레이저광(43)은 클래딩용 분말을 용융할 수 있을 정도의 광강도보다 약한 광강도를 가지며, 적층 대상(예를 들어 시편(20)이나 기적층된 클래드층(30))을 가열할 수 있다. The second laser beam 43 is irradiated in a ring shape (or donut shape), and as shown in the drawing, the second laser beam 43 has the largest light intensity in a region spaced a certain distance from the optical axis 45 . In one embodiment shown, the second laser light 43 may be implemented as collimated light. The second laser light 43 has a light intensity lower than that of the light enough to melt the cladding powder and is used for heating the object to be laminated (for example, the specimen 20 or the vapor-deposited cladding layer 30) .

또한 추가적으로, 제2 레이저광(43)은 클래드용 분말을 예열할 수도 있다. 예를 들어 클래드용 분말이 용융 풀(예컨대 조사영역(Ap)과 동일한 영역)을 향해 분사될 때, 분사되는 분말이 제2 레이저광(43)의 조사영역을 통과하여 안쪽의 원 형상의 조사영역(Ap)으로 투하되기 때문에, 분말이 제2 레이저광(43)을 통과하는 과정에서 미리 예열되고 그 후 용융 풀로 투하될 수 있다. In addition, the second laser light 43 may preheat the clad powder. For example, when the powder for clad is injected toward the molten pool (for example, the same area as the irradiation area Ap), the powder to be injected passes through the irradiation area of the second laser light 43, The powder is preheated in the course of passing through the second laser light 43 and then can be dropped into the molten pool.

이와 같이 제2 레이저광(43)을 용융 풀을 형상하는 제1 레이저광(41)의 주위로 링 형상으로 조사함으로써 적층 대상 중 용융 풀 주위를 둘러싸는 영역을 가열할 수 있으므로, 융용 풀의 바로 앞쪽의 아직 적층되지 않은 영역(즉 레이저광 출력단(10)의 진행경로상의 앞쪽 영역)에 대해서는 적층 대상을 미리 예열하는 효과가 있고, 융용 풀의 바로 뒤쪽의 기적층된 영역(즉 레이저광 출력단(10)의 진행경로상의 뒤쪽 영역)에 대해서는 기적층된 클래드층이 바로 냉각하지 않고 소정 온도로 일정 시간 유지한 후 서서히 냉각하도록 함으로써, 적층된 클래드층의 급냉으로 인해 클래드층이 쉽게 부서지는 것을 방지할 수 있다. Thus, by irradiating the second laser light 43 in the form of a ring around the first laser light 41 in the form of a molten pool, it is possible to heat the region surrounding the molten pool among the objects to be laminated, There is an effect of preheating the object to be laminated beforehand in the area not yet stacked on the front side (that is, the front area on the progress path of the laser light output stage 10), and the mirrors layered area immediately after the fused pool 10), the mirror-clad clad layer is maintained at a predetermined temperature for a predetermined period of time without cooling immediately, and then gradually cooled to prevent the clad layer from being easily broken due to quenching of the laminated clad layer can do.

또한 제2 레이저광(43)이 용융 풀 주위로 링 형상으로 조사되기 때문에, 레이저광 출력단(10)이 어느 방향으로 움직이더라도 그 진행방향의 앞부분 영역에 대해 예열 기능을 가지며 진행방향의 뒷부분 영역에 대해서는 급냉 방지 기능을 발휘할 수 있다. Further, since the second laser light 43 is irradiated in the ring shape around the molten pool, even if the laser light output stage 10 moves in any direction, the second laser light 43 has a preheating function for the front region in the traveling direction, The anti-quenching function can be exhibited.

한편 이러한 링 형상의 제2 레이저광을 만들기 위해 공지의 광학수단이 사용될 수 있다. 예를 들어 액시콘 렌즈(axicon lens), 광 볼텍스 위상판(optical vortex phase plate), 또는 갈바노 스캐너(Galvano scanner)와 같은 광학수단을 이용하면 링 형상의 레이저광을 생성할 수 있다. On the other hand, known optical means can be used to make such ring-shaped second laser light. For example, an optical means such as an axicon lens, an optical vortex phase plate, or a Galvano scanner can be used to produce ring-shaped laser light.

도5는 대안적 실시예에 따라 생성되는 레이저광을 설명하기 위한 도면으로, 도5(a)는 클래드층(30)의 표면에 조사되는 레이저광(40)을 위에서 바라본 모습이고, 도5(b)는 레이저광의 광강도를 설명하기 위한 도면이다.5A is a top view of the laser light 40 irradiated on the surface of the cladding layer 30, and FIG. 5B is a cross- b) is a diagram for explaining the light intensity of the laser light.

도3 및 도4의 실시예와 비교할 때 도5의 실시예에서는 제1 레이저광(41)과 제2 레이저광(43)이 부분적으로 중첩되어 조사된다. 즉 제1 레이저광(41)의 원 형상의 조사영역(Ap)의 경계부와 제2 레이저광(43)의 링 형상의 조사영역(Ah)의 안쪽 경계부가 부분적으로 오버랩되도록 초점을 맞추어 적층대상에 조사할 수 있다. Compared with the embodiment of Figs. 3 and 4, in the embodiment of Fig. 5, the first laser light 41 and the second laser light 43 are partially overlapped and irradiated. That is, the boundary portion of the circular irradiation region Ap of the first laser beam 41 and the inner boundary portion of the ring-shaped irradiation region Ah of the second laser beam 43 partially overlap each other, You can investigate.

이 실시예에 따르면, 제1 레이저광(41)의 조사영역(Ap)의 경계부가 중심부(즉 광축(45)에 가까운 영역)만큼 강한 광강도를 갖지 못하는 경우라 하더라도, 이 조사영역(Ap)의 경계부가 제2 레이저광(43)의 조사영역(Ah)과 중첩되므로 조사영역(Ap)의 중심부 만큼 강한 광강도를 가질 수 있어 전체 조사영역(Ap)에 걸쳐 용융 풀을 형성하기에 충분한 에너지를 제공할 수 있다. According to this embodiment, even when the boundary portion of the irradiation area Ap of the first laser beam 41 does not have a light intensity as strong as the central portion (i.e., the region near the optical axis 45) Since the boundary portion of the second laser light 43 overlaps the irradiation region Ah of the second laser light 43, the light intensity can be stronger by the center portion of the irradiation region Ap and energy sufficient to form a molten pool over the entire irradiation region Ap Can be provided.

도6은 또다른 대안적 실시예에 따라 생성되는 레이저광을 설명하기 위한 도면이다. 도6(a)를 참조하면, 제1 레이저광(41)에 의해 적층 대상의 표면에 소정 직경의 원 형상의 조사 영역(Ap)이 형성되고, 제2 레이저광(43)에 의해 제1 레이저광(41) 주위를 타원형으로 둘러싸는 형상의 조사 영역(Ah)이 형성된다. FIG. 6 is a view for explaining laser light generated according to another alternative embodiment. FIG. 6A, a circular irradiation area Ap having a predetermined diameter is formed on the surface of the object to be laminated by the first laser light 41, and the second laser light 43 is irradiated with the first laser An irradiation area Ah having an elliptical shape around the light 41 is formed.

또 다른 대안적 실시예로서 도6(b)는 제1 레이저광(41)에 의해 적층 대상의 표면에 사각형(예컨대 정사각형 또는 직사각형)의 조사 영역(Ap)이 형성되고 제2 레이저광(43)에 의해 제1 레이저광을 사각형 형상으로 둘러싸는 조사 영역(Ah)이 형성되는 모습을 도시하였다. 짧은 시간에 넓은 면적의 가공을 위해서 원형 레이저광이 아닌 사각형 또는 직사각형의 빔을 형성해서 3D 프린팅을 행하는 경우도 있기 때문에, 이 때는 가열용의 제2 레이저광을 여기에 맞게 직사각형의 조사 영역을 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 즉 제2 레이저광(43)이 반드시 링 형상으로 조사될 필요는 없으며, 구체적 실시 형태에 따라 제2 레이저광이 타원형, 사각형 등과 같이 임의의 형상으로 제1 레이저광(41)의 주위를 둘러싸도록 조사되어도 무방함을 이해할 것이다. 6 (b) shows another example in which a quadrangular (for example square or rectangular) irradiation area Ap is formed on the surface of the object to be laminated by the first laser light 41 and the second laser light 43 And an irradiation region Ah surrounding the first laser light in a rectangular shape is formed by the first laser light. Since a rectangular or rectangular beam is formed instead of a circular laser beam in order to process a large area in a short time, 3D printing may be performed. In this case, the second laser light for heating may be rectangular . In other words, the second laser light 43 does not necessarily have to be irradiated in a ring shape. According to a specific embodiment, the second laser light is surrounded by the first laser light 41 in an arbitrary shape such as an ellipse, It will be appreciated if it is investigated.

다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 도3 내지 도5에 도시한 것처럼 제1 레이저광(41)이 소정 직경의 원 형상으로 조사되는 광이고, 제2 레이저광(43)은 제1 레이저광을 둘러싸는 링 형상으로 조사되는 광이라고 가정하고 이하의 실시예들을 설명하기로 한다. 3 to 5, the first laser beam 41 is a light beam having a predetermined diameter and the second laser beam 43 is a first laser beam 43 The following embodiments will be described.

이제 도7을 참조하여 상술한 제1 및 제2 레이저광(41,43)을 생성하고 조사할 수 있는 예시적인 3차원 레이저 프린팅 장치를 설명하기로 한다. An exemplary three-dimensional laser printing apparatus capable of generating and irradiating the first and second laser beams 41, 43 described above with reference to FIG. 7 will now be described.

도7을 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 레이저 프린팅 장치는 레이저 광원(50), 분말 공급장치(60), 헤드 유닛(100), 스테이지(200), 및 제어부(300)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7, a three-dimensional laser printing apparatus according to an embodiment may include a laser light source 50, a powder feeder 60, a head unit 100, a stage 200, and a control unit 300 have.

레이저 광원(50)은 시편(20)에 조사할 레이저광을 생성하는 장치이며, 생성된 레이저광은 헤드 유닛(100) 내의 광학 경로를 통과하여 레이저광 출력단(10)으로부터 출력된다. 레이저광 출력단(10)에서 출력되는 레이저광은 시편(20)에 조사되고 시편(20) 위에 클래드층이 적층된다. The laser light source 50 is a device for generating a laser light to be irradiated on the test piece 20, and the generated laser light passes through the optical path in the head unit 100 and is output from the laser light output end 10. The laser light output from the laser light output stage 10 is irradiated to the specimen 20, and a clad layer is stacked on the specimen 20.

여기서 시편(20)은 클래드층이 적층되는 기본 모재(basic material)이며 '기판'이라고도 불리운다. 시편(20)의 재질은 한정되지 않으며, 예컨대 저탄소강, 저합금강, 스테인리스, 알루미늄, 주철, 공구강, 초합금 등이 사용될 수 있다. Here, the test piece 20 is a basic material in which a clad layer is laminated and is also called a " substrate ". The material of the test piece 20 is not limited, and for example, low carbon steel, low alloy steel, stainless steel, aluminum, cast iron, tool steel, superalloy and the like can be used.

분말 공급장치(60)는 시편(20)에 적층할 클래드층의 성분이 되는 클래드 분말을 저장하고 이를 시편(20)에 공급하는 장치로서, 공급관(61)의 끝단에 연결된 분말 공급노즐(65)을 통해 분말을 공급한다. 이 때 사용되는 분말은 예를 들어 스텔라이트(Stellite), 텅스텐 합금, 코발트 및 니켈 합금, 구리합금, 세라믹 등 다양한 재료가 사용될 수 있고, 금속, 합금, 세라믹의 종류는 특별히 한정되지 않는다. The powder feeder 60 is a device for storing a clad powder serving as a component of the clad layer to be laminated on the specimen 20 and supplying the clad powder to the specimen 20. The powder feeder 60 includes a powder feed nozzle 65 connected to the end of the feed pipe 61, Lt; / RTI > The powder to be used at this time may be a variety of materials such as, for example, Stellite, tungsten alloy, cobalt and nickel alloy, copper alloy, ceramic and the like. The kind of metal, alloy and ceramic is not particularly limited.

레이저광 출력단(10) 및 분말 공급노즐(65)이 일체가 되어 움직이는 것이 바람직하므로 도면에 도시한 것처럼 레이저광 출력단(10)과 공급노즐(65)이 헤드 유닛(100)에 부착되어 일체로 이동할 수 있게 설계될 수 있다. It is desirable that the laser light output terminal 10 and the powder supply nozzle 65 move integrally and therefore the laser light output terminal 10 and the supply nozzle 65 are attached to the head unit 100 and move integrally . ≪ / RTI >

분말 공급노즐(65)에서 레이저광의 조사 영역(용융 풀)을 향해 분말을 분사하는 방식으로는, 예를 들어 측면 분말 공급방식(Lateral Powder-feeding), 원심형 분말 공급방식(Concentric Powder-feeding) 등이 있다. Examples of the method of spraying the powder toward the irradiation area (melting pool) of the laser light in the powder supply nozzle 65 include a method of supplying the powder by a lateral powder-feeding method, a centrifugal powder- .

측면 분말 공급방식은 레이저광 출력단(10)의 주위의 적어도 하나의 측면에 분말 공급노즐(65)이 배치된다. 이 방식은 레이저광을 기준으로 측면의 어느 한 방향으로부터 분말을 용융 풀에 공급하는 방법으로, 공급노즐(65)의 설계방식에 따라 분말의 손실률을 줄일 수 있고 비교적 두터운 클래드층(30)을 형성하는데 적합하다. 그러나 클래딩 방향(즉, 시편(20) 또는 레이저광의 이동방향)에 따라 클래드층(30)의 형태와 높이가 변화하는 이방성이 존재하기 때문에 적층 경로에 제약이 존재하는 단점이 있다. 원심형 분말 공급방식은 분말 공급노즐(65)이 레이저광 출력단(10) 둘레를 동심원으로 둘러싸도록 배치되고 이에 따라 레이저광을 중심으로 모든 방향으로부터 균일하게 분말이 용융 풀에 공급될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상술한 원심형 분말공급방식 또는 다수의(예컨대 3개 정도) 분말 공급노즐을 사용할 수 있으나 이러한 구성에 한정되지 않는다. In the side powder feeding method, the powder feed nozzle 65 is disposed on at least one side surface around the laser light output stage 10. This method is a method of supplying powder to the molten pool from any one side of the side with reference to the laser light. The loss rate of the powder can be reduced according to the designing method of the supply nozzle 65 and the relatively thick clad layer 30 is formed . However, since there is an anisotropy in which the shape and height of the cladding layer 30 change depending on the direction of cladding (i.e., the direction of movement of the specimen 20 or the laser beam), there is a disadvantage in that there is a limitation in the lamination path. The centrifugal-type powder supply system is arranged such that the powder supply nozzle 65 concentrically surrounds the laser light output stage 10 so that the powder can be uniformly supplied to the molten pool from all directions around the laser light. In one embodiment of the present invention, the above-described centrifugal powder feed method or a plurality of (for example, about three) powder feed nozzles may be used, but the present invention is not limited to this configuration.

또한 도면에 도시하지 않았지만, 용융 풀을 주변 공기로부터 차단하기 위해 아르곤 등의 보호가스(shielding gas)를 용융 풀로 공급하는 노즐 및 레이저광 출력단(10)을 냉각하는 냉각수 공급관 등이 레이저광 출력단(10)의 주위에 더 배치될 수 있다. A nozzle for supplying shielding gas such as argon into the molten pool and a cooling water supply pipe for cooling the laser light output stage 10 are provided in the laser light output stage 10 ). ≪ / RTI >

시편(20)은 스테이지(200) 위에 지지되어 고정될 수 있다. 시편(20)의 표면에 클래드층을 적층하기 위해 헤드 유닛(100)과 스테이지(200)가 서로 상대적으로 X, Y, Z축의 각 방향으로 이동할 수 있어야 한다. 이를 위해 일 실시예에서 스테이지(200)가 고정되고 헤드 유닛(100)이 X, Y, Z 방향으로 구동될 수 있다. 다른 실시예에서, 헤드 유닛(100)이 고정되고 스테이지(200)가 X, Y, Z 방향으로 구동될 수도 있으며, 또 다른 실시예에서는 헤드 유닛(100)과 스테이지(200)가 각각 X, Y, Z 방향으로 움직일 수도 있다. 헤드 유닛(100) 및/또는 스테이지(200)의 각각은 구동장치(미도시)에 의해 구동될 수 있으며 이러한 구동장치는 예컨대 헤드 유닛(100) 및/또는 스테이지(200)를 X, Y, Z 방향별로 각기 구동하는 구동모터나 구동 실린더 등으로 구성될 수 있다. The test piece 20 can be supported and fixed on the stage 200. [ The head unit 100 and the stage 200 must be able to move relative to each other in the X, Y, and Z-axis directions in order to stack the clad layer on the surface of the test piece 20. To this end, in one embodiment, the stage 200 is fixed and the head unit 100 can be driven in the X, Y, Z directions. In another embodiment, the head unit 100 may be fixed and the stage 200 may be driven in the X, Y, and Z directions. In another embodiment, the head unit 100 and the stage 200 may be driven in X, Y, , Or in the Z direction. Each of the head unit 100 and / or the stage 200 can be driven by a driving device (not shown), which can move the head unit 100 and / or the stage 200 to X, Y, Z And may be constituted by a driving motor or a driving cylinder which drives each direction.

제어부(300)는 클래드층의 적층에 의해 만들어질 조형물에 대한 CAD 데이터로부터 2차원 단면 정보를 산출하고 각 2차원 단면 정보를 바탕으로 각 클래드층마다의 적층 프로세스를 미리 설정하여 저장하고 있다. 이 때 각 클래드층의 적층을 위한 적층 프로세스에 포함되는 변수로는 예컨대 적층 경로, 레이저광의 출력, 분말의 공급량, 및 헤드 유닛과 스테이지 사이의 상대적 속도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The control unit 300 calculates the two-dimensional cross-sectional information from the CAD data of the molding to be formed by the lamination of the clad layers, and sets and stores the lamination process for each of the clad layers based on the respective two-dimensional cross-sectional information. Variables included in the laminating process for laminating the respective clad layers may include at least one of, for example, a lamination path, an output of the laser light, a supply amount of the powder, and a relative speed between the head unit and the stage.

그 후 제어부(300)는 적층 프로세스에 따른 적층 경로, 레이저광 출력, 분말 공급량, 및 헤드유닛과 스테이지 사이의 상대적 속도 등에 대한 제어신호를 레이저 광원(50), 분말 공급장치(60), 헤드 유닛(100), 및 스테이지(200)에 각각 전달함으로써 클래드층을 적층할 수 있다. Thereafter, the control unit 300 supplies control signals for the stacking path, the laser light output, the powder supply amount, and the relative speed between the head unit and the stage to the laser light source 50, the powder supply unit 60, (100), and the stage (200), respectively, so that the clad layers can be stacked.

한편 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 레이저 프린팅 장치에서 헤드 유닛(100)은 레이저 광원(50)으로부터 레이저광을 수신하고 이로부터 제1 레이저광(41)과 제2 레이저광(43)을 생성하는 광학 시스템을 포함한다. 도3 내지 도5를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 레이저광(41)은 분말을 용융할 수 있는 광강도를 가지며 적층 대상의 표면에 소정 직경의 원 형상으로 조사되는 레이저광이고, 제2 레이저광(43)은 적층된 클래드층을 재용융하지 않고 가열할 정도의 광강도를 가지며 적층 대상의 표면에 제1 레이저광(41) 주위를 둘러싸는 링 형상으로 조사되는 레이저광이다. 도6을 참조하여 설명한 것처럼 대안적 실시예에서 제1 레이저광과 제2 레이저광의 형상이 달라질 수 있음은 물론이다. In the three-dimensional laser printing apparatus according to an embodiment of the present invention, the head unit 100 receives the laser light from the laser light source 50 and transmits the first laser light 41 and the second laser light 43 from the laser light source 50 Optical system. As described with reference to Figs. 3 to 5, the first laser light 41 is a laser light having a light intensity capable of melting powder and irradiated in a circular shape with a predetermined diameter on the surface of the object to be laminated, The light 43 is a laser light having a light intensity enough to heat the laminated clad layer without being remelted and irradiated in a ring shape surrounding the first laser light 41 on the surface of the object to be laminated. As described with reference to FIG. 6, it is needless to say that the shape of the first laser light and the second laser light may be different in the alternative embodiment.

일 실시예에서, 헤드 유닛(100) 내의 광학 시스템은 제1 레이저광(41)과 제2 레이저광(43)을 생성하기 위해 빔 스플리터와 빔 결합기를 포함할 수 있다. 빔 스플리터는 레이저 광원(50)에서 생성된 레이저광을 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광으로 분할할 수 있고, 빔 결합기는 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광을 하나의 광축을 기준으로 정렬하여 결합할 수 있다. 그리고 이렇게 결합된 제1 및 제2 레이저광은 하나 이상의 렌즈와 같은 광학수단을 거치면서 초점이 조절된 후 적층 대상(예컨대 시편(20) 또는 기적층된 클래드층(30))을 향해 조사된다. In one embodiment, the optical system in the head unit 100 may include a beam splitter and a beam combiner to produce a first laser beam 41 and a second laser beam 43. The beam splitter can divide the laser light generated by the laser light source 50 into the first laser light and the second laser light, and the beam combiner divides the first laser light and the second laser light with reference to one optical axis They can be aligned and combined. The combined first and second laser beams are irradiated toward the stacking object (for example, the specimen 20 or the vapor-deposited cladding layer 30) after the focus is adjusted through the optical means such as one or more lenses.

대안적 실시예에서, 레이저 광원(50)이 2개의 레이저 광원을 포함할 수 있다. 각각의 레이저 광원은 제1 레이저광(41) 및 제2 레이저광(43)을 각각 생성하고, 헤드 유닛(100) 내의 광학 시스템은 제1 레이저광과 제2 레이저광을 수신한 후 하나의 광축을 기준으로 정렬하여 결합한 후 적층 대상을 향해 조사할 수 있다. In an alternative embodiment, the laser light source 50 may include two laser light sources. Each of the laser light sources generates a first laser light 41 and a second laser light 43. The optical system in the head unit 100 receives the first laser light and the second laser light, And then irradiated toward the stacking object.

이하에서 도8 내지 도10을 참조하여 복수개의 예시적인 광학 시스템 구성을 차례로 설명하기로 한다. Hereinafter, a plurality of exemplary optical system configurations will be described in turn with reference to FIGS. 8 to 10. FIG.

도8은 제1 실시예에 따른 광학 시스템을 개략적으로 나타낸다. 8 schematically shows an optical system according to the first embodiment.

도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 광학 시스템은 빔 스플리터(120), 빔 결합기(130), 레이저광을 링 형상으로 만드는 광학장치(170), 및 복수개의 광학수단(110,140,150,160)을 포함할 수 있다. Referring to the drawings, an optical system according to one embodiment may include a beam splitter 120, a beam combiner 130, an optical device 170 to render the laser light into a ring shape, and a plurality of optical means 110,140,150,160. have.

일 실시예에서 광학수단(110)은 콜리메이팅 렌즈이고, 레이저 광원(50)에서 생성된 레이저광이 광학수단(110)을 통과하면서 콜리메이트 광이 될 수 있다. 레이저 광원(50)에서 생성되어 출력되는 레이저광이 콜리메이트 광인 경우 광학수단(110)은 생략될 수 있다. 또 다른 예로서, 적층 대상에 콜리메이팅된 광을 조사할 필요가 없는 경우에도 광학수단(110)을 생략할 수 있음은 물론이다. In one embodiment, the optical means 110 is a collimating lens, and the laser light generated by the laser light source 50 may be collimated light while passing through the optical means 110. The optical means 110 may be omitted if the laser light generated and output by the laser light source 50 is collimated light. As another example, it is needless to say that the optical means 110 can be omitted even when it is not necessary to irradiate the object to be laminated with the collimated light.

광학수단(110)을 통과한 레이저광은 빔 스플리터(120)에서 제1 레이저광(41)과 제2 레이저광(43)으로 분할된다. 빔 스플리터(120)는 예컨대 다이크로익 렌즈(필터)를 포함할 수 있으며, 그 외에 공지된 기술에 의해 구현될 수 있다. The laser beam having passed through the optical means 110 is divided into a first laser beam 41 and a second laser beam 43 by the beam splitter 120. The beam splitter 120 may include, for example, a dichroic lens (filter), and may be implemented by other known techniques.

이 때 제1 레이저광(41)은 분말을 용융할 수 있는 광강도를 가지며 제2 레이저광(43)은 이보다 약한 광강도를 가져야 하므로, 예를 들어 빔 스플리터(120)에서 레이저광을 분할할 때 제1 레이저광(41)과 제2 레이저광(43)을 예컨대 7:3 또는 8:2 등의 미리 설정된 분할 비율로 분할하도록 구성할 수 있다. At this time, the first laser beam 41 has a light intensity capable of melting the powder and the second laser beam 43 has a weaker light intensity. Therefore, for example, when the beam splitter 120 divides the laser beam The first laser light 41 and the second laser light 43 may be divided into a predetermined division ratio such as 7: 3 or 8: 2.

제1 레이저광(41)은 빔결합기(130)를 거쳐서 광학수단(140)으로 향한다. 광학수단(140)은 적층 대상(예컨대 시편(20))에 조사될 레이저광의 초점을 조절하는 렌즈를 포함할 수 있다. 이에 따라 제1 레이저광(41)은 광학수단(140)을 통해 초점이 조절된 후 적층 대상을 향해 원 형상의 콜리메이트 광으로 조사될 수 있다. The first laser light 41 is directed to the optical means 140 via the beam combiner 130. The optical means 140 may include a lens that adjusts the focus of the laser light to be irradiated on the object to be laminated (e.g., the specimen 20). Accordingly, the first laser light 41 can be irradiated with circular collimated light toward the object to be laminated after the focus is adjusted through the optical means 140.

빔 스플리터(120)에서 분할된 제2 레이저광(43)은 미러(150,160)와 같은 광학수단을 거쳐서 광학장치(170)로 향한다. 광학장치(170)는 제2 레이저광을 링 형상(또는 도넛 형상)의 광으로 만든다. 이를 위해 일 실시예에서 광학장치(170)는 액시콘 렌즈, 광 볼텍스 위상판, 또는 갈바노 스캐너 등으로 구현될 수 있고, 그 외에 공지된 기술에 의해 링 형상의 레이저광을 생성할 수 있다. The second laser beam 43 divided by the beam splitter 120 is directed to the optical device 170 through optical means such as mirrors 150 and 160. [ The optical device 170 makes the second laser light into a ring-shaped (or donut-shaped) light. To this end, in one embodiment, the optical device 170 may be implemented by an axicon lens, a light vortex phase plate, a galvano scanner, or the like, and may also generate ring-shaped laser light by a known technique.

광학장치(170)를 통과한 제2 레이저광(43)은 빔 결합기(130)에서 제1 레이저광(41)과 결합된다. 이 때 하나의 광축(도3의 45)을 기준으로 제1 및 제2 레이저광이 정렬(alignment)되어 결합된다. 빔 결합기(130)는 프리즘, 다이크로익 렌즈 등 공지의 광학수단으로 구현될 수 있다. The second laser beam 43 passing through the optical device 170 is coupled to the first laser beam 41 in the beam combiner 130. At this time, the first and second laser beams are aligned and combined with respect to one optical axis (45 in FIG. 3). The beam combiner 130 may be realized by a known optical means such as a prism or a dichroic lens.

빔 결합기(130)를 통과한 제2 레이저광(43)은 광학수단(140)에서 초점이 조절된 후 적층 대상을 향해 조사되며, 이상과 같은 광학 시스템 구조에 의해, 제1 레이저광(41)은 적층 대상의 표면에 소정 직경의 원 형상으로 조사되고 이와 동시에 제2 레이저광(43)은 적층 대상의 표면에 제1 레이저광 주위를 둘러싸는 링 형상으로 조사될 수 있다. The second laser beam 43 having passed through the beam combiner 130 is irradiated toward the object to be laminated after the focus is adjusted by the optical means 140. By the optical system structure as described above, The second laser light 43 can be irradiated on the surface of the object to be laminated in the form of a ring surrounding the first laser light.

또한 도8은 광학 시스템의 일 예를 도시한 것으로, 광 경로상에 추가의 광학수단이 부가되거나 기존의 광학수단 중 일부가 생략될 수 있음은 물론이다. 예를 들어 제2 레이저광(43)의 초점을 조절하기 위한 광학수단(예컨대 렌즈)을 제2 레이저광의 광 경로상에서 광학장치(170)와 레이저 광원(50)의 사이의 임의의 위치에 추가로 배치할 수 있다. 일 예로서 광학장치(170)와 미러(160) 사이에 렌즈를 추가로 배치하고 이 렌즈를 조절하여(예를 들어 렌즈를 광경로상에서 앞뒤로 이동) 제2 레이저광의 초점을 조정함으로써 제2 레이저광의 링 형상의 두께(즉 링 형상의 외주 반경 및/또는 내주 반경의 크기)를 조정할 수 있다. 8 shows an example of the optical system, and it goes without saying that additional optical means may be added on the optical path or a part of the existing optical means may be omitted. For example, optical means (e.g., a lens) for adjusting the focus of the second laser light 43 may be additionally provided at an arbitrary position between the optical device 170 and the laser light source 50 on the optical path of the second laser light Can be deployed. As an example, a further lens may be disposed between the optical device 170 and the mirror 160 and the lens may be adjusted (e.g., moving the lens back and forth over the optical path) to adjust the focus of the second laser light, It is possible to adjust the thickness of the ring shape (that is, the size of the ring-shaped outer peripheral radius and / or the inner radius).

도9는 제2 실시예에 따른 광학 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 9 is a view for explaining an optical system according to the second embodiment.

도면을 참조하면, 제2 실시예에 따른 광학 시스템은 빔 결합기(130), 레이저광을 링 형상으로 만드는 광학장치(170), 및 복수개의 광학수단(110,140,180)을 포함할 수 있다. 또한 제2 실시예에서는 2개의 레이저 광원(50,70)이 사용될 수 있다. Referring to the drawings, an optical system according to the second embodiment may include a beam combiner 130, an optical device 170 that makes laser light into a ring shape, and a plurality of optical means 110, 140, and 180. Further, in the second embodiment, two laser light sources 50 and 70 can be used.

일 실시예에서 제1 레이저 광원(50)은 제1 레이저광(41)을 생성하기 위한 광원이며, 광학수단(110)은 콜리메이팅 렌즈이다. 이에 따라 제1 레이저 광원(50)에서 생성된 레이저광이 광학수단(110)을 통과하면서 콜리메이트 광이 될 수 있다. 제2 레이저 광원(70)은 제2 레이저광(43)을 생성하기 위한 광원이며, 광학수단(180)은 콜리메이팅 렌즈를 포함할 수 있다. 이에 따라 제2 레이저 광원(70)에서 생성된 레이저광이 광학수단(180)을 통과하면서 콜리메이트 광이 될 수 있다. In one embodiment, the first laser light source 50 is a light source for generating the first laser light 41, and the optical means 110 is a collimating lens. Accordingly, the laser light generated by the first laser light source 50 can be collimated while passing through the optical means 110. The second laser light source 70 is a light source for generating the second laser light 43, and the optical means 180 may include a collimating lens. Accordingly, the laser light generated by the second laser light source 70 can be collimated light while passing through the optical means 180.

각각의 레이저 광원(50,70)에서 생성되어 출력되는 레이저광이 콜리메이트 광인 경우 광학수단(110,180)은 생략될 수 있다. 또 다른 예로서, 적층 대상에 콜리메이팅된 광을 조사할 필요가 없는 경우에도 광학 시스템에서 광학수단(110,180)을 생략할 수 있음은 물론이다. The optical means 110 and 180 may be omitted when the laser light generated and output from the laser light sources 50 and 70 is collimated light. As another example, it is needless to say that the optical means 110 and 180 can be omitted in the optical system even when it is not necessary to irradiate the collimated light to the object to be laminated.

광학수단(110)을 통과한 제1 레이저광(41)은 빔 결합기(130)를 거쳐서 광학수단(140)으로 향한다. 광학수단(140)은 적층 대상(예컨대 시편(20))에 조사될 레이저광의 초점을 조절하는 렌즈를 포함할 수 있다. 이에 따라 제1 레이저광(41)은 광학수단(140)을 통해 초점이 조절된 후 적층 대상을 향해 원 형상의 콜리메이트 광으로 조사될 수 있다. The first laser beam 41 having passed through the optical means 110 is directed to the optical means 140 via the beam combiner 130. [ The optical means 140 may include a lens that adjusts the focus of the laser light to be irradiated on the object to be laminated (e.g., the specimen 20). Accordingly, the first laser light 41 can be irradiated with circular collimated light toward the object to be laminated after the focus is adjusted through the optical means 140.

광학수단(180)을 통과한 제2 레이저광(43)은 광학장치(170)로 향한다. 광학장치(170)는 제2 레이저광을 링 형상(또는 도넛 형상)의 광으로 만든다. 일 실시예에서 광학장치(170)는 액시콘 렌즈, 광 볼텍스 위상판, 또는 갈바노 스캐너 등으로 구현될 수 있다. The second laser light 43 passing through the optical means 180 is directed to the optical device 170. The optical device 170 makes the second laser light into a ring-shaped (or donut-shaped) light. In one embodiment, the optical device 170 may be implemented with an axicon lens, a light vortex phase plate, or a galvanometer scanner.

광학장치(170)를 통과한 제2 레이저광(43)은 빔 결합기(130)에서 제1 레이저광(41)과 결합된다. 이 때 하나의 광축(도3의 45)을 기준으로 제1 및 제2 레이저광이 정렬되어 결합된다. 빔 결합기(130)는 프리즘, 다이크로익 렌즈 등 공지의 광학수단으로 구현될 수 있다. The second laser beam 43 passing through the optical device 170 is coupled to the first laser beam 41 in the beam combiner 130. At this time, the first and second laser beams are aligned and coupled based on one optical axis (45 in FIG. 3). The beam combiner 130 may be realized by a known optical means such as a prism or a dichroic lens.

빔 결합기(130)를 통과한 제2 레이저광(43)은 광학수단(140)에서 초점이 조절된 후 적층 대상을 향해 조사되며, 이상과 같은 도8의 광학 시스템 구조에 의해, 제1 레이저광(41)은 적층 대상의 표면에 소정 직경의 원 형상으로 조사되고 이와 동시에 제2 레이저광(43)은 적층 대상의 표면에 제1 레이저광 주위를 둘러싸는 링 형상으로 조사될 수 있다. The second laser beam 43 passed through the beam combiner 130 is irradiated toward the object to be laminated after the focus is adjusted by the optical means 140. With the optical system structure of FIG. 8 as described above, The second laser beam 43 may be irradiated in a ring shape surrounding the first laser beam on the surface of the object to be laminated.

또한 도9는 광학 시스템의 일 예를 도시한 것으로, 광 경로상에 추가의 광학수단이 부가되거나 기존의 광학수단 중 일부가 생략될 수 있다. 예를 들어 제2 레이저광(43)의 초점을 조절하기 위한 광학수단(예컨대 렌즈)이 제2 레이저광의 광 경로상에서 광학장치(170)와 레이저 광원(70)의 사이의 임의의 위치에 추가로 배치될 수 있다. 일 예로서 제2 레이저광이 광학수단(180)에 도달하기 전의 경로 상에 렌즈를 추가로 배치하고 이 렌즈를 조절함으로써 제2 레이저광의 링 형상의 두께를 조정할 수 있다. 또는 대안적으로, 광학수단(180)을 제2 레이저광의 광 경로상에서 앞뒤로 이동시키면서 링 형상의 두께(즉 링 형상의 외주 반경 및/또는 내주 반경의 크기)를 조절할 수도 있다. Fig. 9 also shows an example of an optical system, in which additional optical means may be added on the optical path or part of the existing optical means may be omitted. For example, an optical means (for example, a lens) for adjusting the focus of the second laser light 43 is additionally provided at an arbitrary position between the optical device 170 and the laser light source 70 on the optical path of the second laser light . As an example, the thickness of the ring shape of the second laser light can be adjusted by further arranging a lens on the path before the second laser light reaches the optical means 180 and adjusting the lens. Alternatively, the thickness of the ring shape (that is, the size of the ring-shaped outer peripheral radius and / or the inner radius) may be adjusted while moving the optical means 180 back and forth on the optical path of the second laser light.

도10은 제3 실시예에 따른 광학 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 10 is a view for explaining an optical system according to the third embodiment.

도10의 제3 실시예는 도8의 제1 실시예의 구체적인 예로서, 광학장치(170)로서 액시콘 렌즈(171)를 사용한 경우를 도시한 것이다. 따라서 도8과 비교할 때 도10의 빔 스플리터(120), 빔 결합기(130), 및 복수개의 광학수단(110,140,150,160)은 도8의 각 구성요소들에 대응하고 동일 또는 유사한 기능을 하므로 이하에서 설명을 생략한다. The third embodiment of FIG. 10 shows a case of using an axicon lens 171 as the optical device 170 as a concrete example of the first embodiment of FIG. 8, the beam splitter 120, the beam combiner 130, and the plurality of optical means 110, 140, 150, and 160 correspond to the respective components of FIG. 8 and have the same or similar functions. It is omitted.

도10의 제3 실시예에서, 액시콘 렌즈(171)는 도시한 것처럼 렌즈의 한쪽면은 평평하고 다른쪽 면은 렌즈 중심을 향해 돌출된 형태를 갖는 렌즈이다. 액시콘 렌즈(171)를 통과한 제2 레이저광(43)은 빔 결합기(130)를 거쳐 광학수단(140)에 도달할 때 링 형상의 레이저광으로 변형되어 도달한다. 이 때 필요에 따라 제2 레이저광(43)의 링 두께 조절을 위한 광학수단(예컨대 렌즈)이 추가로 설치될 수 있다. In the third embodiment shown in Fig. 10, the axicon lens 171 is a lens having a shape in which one surface of the lens is flat and the other surface is protruded toward the center of the lens, as shown in the figure. The second laser beam 43 having passed through the axicon lens 171 is deformed into a ring-shaped laser beam when it reaches the optical means 140 via the beam combiner 130 and arrives. At this time, optical means (for example, a lens) for adjusting the ring thickness of the second laser light 43 may be additionally provided as necessary.

일 예로서, 제2 레이저광의 광 경로상에서 액시콘 렌즈(171)와 레이저 광원(50)의 사이의 임의의 위치(예를 들어, 액시콘 렌즈(171)와 미러(160) 사이)에 렌즈를 추가로 배치하고 이 렌즈를 조절함으로써 제2 레이저광의 링 형상의 두께(즉 링 형상의 외주 반경 및/또는 내주 반경의 크기)를 조정할 수 있다. (For example, between the axicon lens 171 and the mirror 160) between the axicon lens 171 and the laser light source 50 on the optical path of the second laser light, as an example, And the thickness of the ring shape of the second laser light (that is, the size of the outer diameter and / or the inner diameter of the ring shape) can be adjusted by disposing the lens and adjusting the lens.

액시콘 렌즈(171)를 통과한 제2 레이저광(43)은 빔 결합기(130)에서 제1 레이저광(41)과 결합되며, 하나의 광축(도3의 45)을 기준으로 제1 및 제2 레이저광이 정렬되어 결합된다. 빔 결합기(130)를 통과한 제1 레이저광(41)과 제2 레이저광(43)은 동시에 적층 대상을 향해 조사되며, 이상과 같은 광학 시스템 구조에 의해, 제1 레이저광(41)은 적층 대상의 표면에 소정 직경의 원 형상으로 조사되고 제2 레이저광(43)은 적층 대상의 표면에 제1 레이저광 주위를 둘러싸는 링 형상으로 조사될 수 있다. The second laser beam 43 having passed through the axicon lens 171 is combined with the first laser beam 41 in the beam combiner 130 and is incident on the first and second 2 laser beams are aligned and combined. The first laser beam 41 and the second laser beam 43 having passed through the beam combiner 130 are simultaneously irradiated toward the object to be laminated. The second laser beam 43 is irradiated in a ring shape surrounding the first laser beam on the surface of the object to be laminated.

도11은 일 실시예에 따른 레이저광 생성 및 조사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 11 is a flowchart illustrating a laser light generating and irradiating method according to an embodiment.

도11을 참조하여 본 발명의 레이저광 생성 및 조사 방법을 설명하되 앞서 설명한 내용과 중복되는 부분은 생략한다. Referring to FIG. 11, the laser light generating and irradiating method of the present invention will be described.

우선 단계(S110)에서, 레이저 광원에서 생성된 레이저광을 제1 레이저광과 제2 레이저광으로 분할한다. 이 단계(S110)는, 예를 들어 도8을 참조할 때, 레이저 광원(50)에서 생성된 레이저광을 빔 스플리터(120)에서 제1 레이저광(41)과 제2 레이저광(43)으로 분할하는 단계를 포함할 수 있다. 또한 대안적 실시예에서, 이 단계(S110)에서 제1 레이저광과 제2 레이저광을 각각 별개의 레이저 광원에 의해 생성할 수 있다. First, in step S110, the laser light generated by the laser light source is divided into a first laser light and a second laser light. 8, the laser light generated by the laser light source 50 is converted into the first laser light 41 and the second laser light 43 by the beam splitter 120. In this step S110, And a dividing step. In an alternative embodiment, in this step S110, the first laser light and the second laser light can be generated by separate laser light sources, respectively.

다음으로 단계(S120)에서, 제2 레이저광을 링 형상의 광으로 조절한다. 이 단계(S120)에서 예를 들어 제2 레이저광(43)이 광학장치(170)를 통과하며 링 형상의 광으로 변형될 수 있으며, 이 광학장치(170)는 액시콘 렌즈, 광 볼텍스 위상판, 또는 갈바노 스캐너 등으로 구현될 수 있다. Next, in step S120, the second laser light is adjusted to ring-shaped light. In this step S120, for example, the second laser light 43 passes through the optical device 170 and can be deformed into ring-shaped light, which is transmitted through an axicon lens, , Or a galvanometer scanner or the like.

그 후 단계(S130)에서, 제1 레이저광과 제2 레이저광을 하나의 광축을 기준으로 정렬하여 결합한다. 이 단계(S130)는 예를 들어 제1 레이저광(41)과 제2 레이저광(43)을 빔 결합기(130)로 통과시켜 광축을 중심으로 정렬하는 것을 포함할 수 있다. Thereafter, in step S130, the first laser light and the second laser light are aligned and coupled with respect to one optical axis. The step S130 may include aligning the optical axis by passing the first laser beam 41 and the second laser beam 43 through the beam combiner 130, for example.

그 후 단계(S140)에서, 광축을 중심으로 정렬된 제1 레이저광과 제2 레이저광이 적층 대상에 동시에 조사되며, 이에 따라 제1 레이저광은 적층 대상의 표면에 소정 직경의 원 형상으로 조사되고 이와 동시에 제2 레이저광은 적층 대상의 표면에 상기 제1 레이저광 주위를 둘러싸는 링 형상으로 조사될 수 있다. Thereafter, in step S140, the first laser light and the second laser light aligned with respect to the optical axis are simultaneously irradiated onto the object to be laminated, so that the first laser light is irradiated onto the surface of the object to be laminated And at the same time, the second laser light can be irradiated on the surface of the object to be laminated in a ring shape surrounding the first laser light.

이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 일 예로서, 도면을 참조하여 상술한 실시예는 3D 프린팅 방식 중 DED(Directed Metal Deposition) 방식을 예로 들어 설명한 것이다. 그러나 본 발명은 다른 3D 프린팅 방식, 예컨대 PBF(Powder Bed Fusion) 방식에도 적용될 수 있다. PBF 방식은 분말을 베드에 한층씩 깔고 원하는 부분 용융시키고 또 한 층깔고 용융시키기를 반복하여 3D 적층체를 형성하는 방법으로, 본 발명의 적층용 제1 레이저광 및 가열용 제2 레이저광을 동시에 조사하는 기술구성이 적용될 수 있다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention. As an example, the embodiment described above with reference to the drawings illustrates the DED (Directed Metal Deposition) method among the 3D printing methods. However, the present invention can be applied to other 3D printing methods, for example, a powder bed fusion (PBF) method. The PBF method is a method of forming a 3D laminate by repeatedly laying powder on a bed, melting a desired portion, and melting and melting another layer, wherein the first laser light for lamination and the second laser light for heating Technological configurations to investigate can be applied.

또한 상술한 실시예에서는 3D 적층체를 형성할 때 사용되는 레이저광을 적층용의 제1 레이저광과 가열용의 제2 레이저광으로 구성하는 방법과 장치를 개시하였지만, 본 발명은 전자빔으로 3D 적층체를 형성하는 방법에도 적용될 수 있음은 물론이다. 즉 전자빔을 적층 대상에 조사할 때에도 적층용의 제1 전자빔과 제1 전자빔 주위를 둘러싸며 적층 대상을 가열하기 위한 제2 전자빔을 구성할 수 있을 것이다. Also, in the above-described embodiment, a method and an apparatus for constructing a 3D laminate by using a first laser beam for stacking and a second laser beam for heating have been disclosed. However, The present invention can also be applied to a method of forming a sieve. That is, even when the electron beam is irradiated to the object to be laminated, the first electron beam for stacking and the second electron beam for surrounding the first electron beam and for heating the object to be laminated can be constituted.

또한 도8 내지 도10의 실시예에서 콜리메이팅 렌즈나 광학렌즈와 같은 광학수단(110,140,180), 빔 스플리터(120), 빔 결합기(130), 광학장치(170) 등의 광학계를 단순히 사각형 또는 볼록 렌즈 형태 등으로 간략하게 도시하였지만, 이는 본 발명의 실시예를 구성하는 구성요소를 개념적으로 간략히 도시하기 위한 것이며, 실제 장치의 구현시에는 각 광학계의 구체적 형상이나 구조가 달라질 수 있음은 물론이다. 8 to 10, optical systems such as optical means 110,140,180, beam splitter 120, beam combiner 130, and optical device 170, such as collimating lenses or optical lenses, And the like. However, it is to be understood that these embodiments are merely a conceptual illustration of the components constituting the embodiment of the present invention, and it is a matter of course that the specific shape and structure of each optical system may be changed in actual implementation of the apparatus.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims, as well as the appended claims.

10: 레이저광 출력단
20: 시편
30: 클래드층
40,41,43: 레이저광
45: 광축
50, 70: 레이저 광원
60: 분말 공급장치
100: 헤드 유닛
110: 140,180: 광학수단
120: 빔 스플리터
130: 빔 결합기
170: 광학장치
171: 액시콘 렌즈
200: 스테이지
300: 제어부
10: Laser light output stage
20: The Psalms
30: cladding layer
40, 41,
45: optical axis
50, 70: laser light source
60: Powder feeder
100: Head unit
110: 140, 180: optical means
120: beam splitter
130: beam combiner
170: Optical device
171: Axicon lens
200: stage
300:

Claims (21)

광학 시스템에서 출력되는 레이저광으로 분말을 용융하여 클래드층을 적층하는 3차원 레이저 프린팅 장치로서,
상기 광학 시스템이,
분말을 용융할 수 있는 광강도를 가지며 적층 대상의 표면에 조사되는 제1 레이저광(41); 및
적층된 클래드층을 재용융하지 않고 가열할 정도의 광강도를 가지며, 상기 적층 대상의 표면에 상기 제1 레이저광의 둘레를 둘러싸는 형상으로 조사되는 제2 레이저광(43);을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
1. A three-dimensional laser printing apparatus for melting a powder with laser light output from an optical system to laminate a clad layer,
The optical system comprising:
A first laser light (41) having a light intensity capable of melting the powder and irradiating the surface of the object to be laminated; And
And a second laser light (43) having a light intensity enough to heat the laminated clad layer without being remelted, and irradiating the surface of the object to be laminated in a shape surrounding the first laser light Characterized in that the three-dimensional laser printing device.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광이 부분적으로 중첩됨으로써 상기 제1 레이저광의 조사영역(Ap)의 경계부와 상기 제2 레이저광의 조사영역(Ah)의 안쪽 경계부가 부분적으로 오버랩되는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
The method according to claim 1,
The boundary portion of the irradiation region Ap of the first laser beam partially overlaps the inner boundary portion of the irradiation region Ah of the second laser beam by partially overlapping the first laser beam and the second laser beam A three-dimensional laser printing device.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 레이저광은 적층 대상의 표면에 소정 직경의 원 형상으로 조사되고, 상기 제2 레이저광은 상기 적층 대상의 표면에 상기 제1 레이저광 주위를 둘러싸는 링 형상으로 조사되는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
The method according to claim 1,
Characterized in that the first laser light is irradiated on the surface of the object to be laminated in a circular shape with a predetermined diameter and the second laser light is irradiated on the surface of the object to be laminated in a ring shape surrounding the first laser light , A three-dimensional laser printing device.
제 1 항에 있어서, 상기 광학 시스템이,
레이저 광원에서 생성된 레이저광을 상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광으로 분할하는 빔 스플리터; 및
상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광을 하나의 광축을 기준으로 정렬하여 결합하는 빔 결합기;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
The optical system according to claim 1,
A beam splitter for splitting the laser light generated from the laser light source into the first laser light and the second laser light; And
And a beam combiner for aligning and combining the first laser beam and the second laser beam with respect to one optical axis.
제 1 항에 있어서, 상기 광학 시스템이,
상기 제1 레이저 광을 생성하는 제1 레이저 광원;
상기 제2 레이저 광을 생성하는 제2 레이저 광원; 및
상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광을 하나의 광축을 기준으로 정렬하여 결합하는 빔 결합기;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
The optical system according to claim 1,
A first laser light source for generating the first laser light;
A second laser light source for generating the second laser light; And
And a beam combiner for aligning and combining the first laser beam and the second laser beam with respect to one optical axis.
광학 시스템에서 출력되는 레이저광으로 분말을 용융하여 클래드층을 적층하는 3차원 레이저 프린팅 장치로서,
레이저 광원에서 생성된 레이저광을 제1 레이저광과 제2 레이저광으로 분할하는 빔 스플리터(120);
상기 제2 레이저광을 상기 제1 레이저광의 둘레를 둘러싸는 형상으로 만드는 광학장치(170); 및
상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광을 하나의 광축을 기준으로 정렬하여 결합하는 빔 결합기(130);를 포함하고,
상기 제1 레이저광은 분말을 용융할 수 있는 광강도를 가지며 상기 제2 레이저광은 적층된 클래드층을 재용융하지 않고 가열할 정도의 광강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
1. A three-dimensional laser printing apparatus for melting a powder with laser light output from an optical system to laminate a clad layer,
A beam splitter 120 for splitting the laser beam generated from the laser beam source into a first laser beam and a second laser beam;
An optical device (170) for shaping the second laser light to surround the first laser light; And
And a beam combiner (130) for aligning and combining the first laser light and the second laser light with respect to one optical axis,
Wherein the first laser light has a light intensity capable of melting powder and the second laser light has a light intensity enough to heat the laminated clad layer without re-melting.
삭제delete 제 6 항에 있어서,
상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광이 부분적으로 중첩됨으로써 상기 제1 레이저광의 조사영역(Ap)의 경계부와 상기 제2 레이저광의 조사영역(Ah)의 안쪽 경계부가 부분적으로 오버랩되는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
The method according to claim 6,
The boundary portion of the irradiation region Ap of the first laser beam partially overlaps the inner boundary portion of the irradiation region Ah of the second laser beam by partially overlapping the first laser beam and the second laser beam A three-dimensional laser printing device.
제 6 항에 있어서,
상기 제1 레이저광은 적층 대상의 표면에 소정 직경의 원 형상으로 조사되고, 상기 제2 레이저광은 상기 적층 대상의 표면에 상기 제1 레이저광 주위를 둘러싸는 링 형상으로 조사되는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
The method according to claim 6,
Characterized in that the first laser light is irradiated on the surface of the object to be laminated in a circular shape with a predetermined diameter and the second laser light is irradiated on the surface of the object to be laminated in a ring shape surrounding the first laser light , A three-dimensional laser printing device.
제 6 항에 있어서,
상기 제2 레이저광의 광 경로상에서 상기 광학장치(170)와 상기 레이저 광원 사이에 배치되어 상기 제2 레이저광의 형상의 두께를 조정할 수 있는 광학렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
The method according to claim 6,
And an optical lens disposed between the optical device (170) and the laser light source on the optical path of the second laser light to adjust the thickness of the shape of the second laser light. Device.
제 6 항에 있어서,
상기 광학장치(170)가, 액시콘 렌즈, 광 볼텍스 위상판, 및 갈바노 스캐너 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
The method according to claim 6,
Characterized in that the optical device (170) comprises one of an axicon lens, a light vortex phase plate, and a galvanometer scanner.
광학 시스템에서 출력되는 레이저광으로 분말을 용융하여 클래드층을 적층하는 3차원 레이저 프린팅 장치로서,
제1 레이저 광을 생성하는 제1 레이저 광원(50);
제2 레이저 광을 생성하는 제2 레이저 광원(70);
상기 제2 레이저광을 상기 제1 레이저광의 둘레를 둘러싸는 형상으로 만드는 광학장치(170); 및
상기 제1 레이저광과 상기 제2레이저광을 하나의 광축을 기준으로 정렬하여 결합하는 빔 결합기(130);를 포함하고,
상기 제1 레이저광은 분말을 용융할 수 있는 광강도를 가지며 상기 제2 레이저광은 적층된 클래드층을 재용융하지 않고 가열할 정도의 광강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
1. A three-dimensional laser printing apparatus for melting a powder with laser light output from an optical system to laminate a clad layer,
A first laser light source (50) for generating a first laser light;
A second laser light source (70) for generating a second laser light;
An optical device (170) for shaping the second laser light to surround the first laser light; And
And a beam combiner (130) for aligning and combining the first laser light and the second laser light with respect to one optical axis,
Wherein the first laser light has a light intensity capable of melting powder and the second laser light has a light intensity enough to heat the laminated clad layer without re-melting.
삭제delete 제 12 항에 있어서,
상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광이 부분적으로 중첩됨으로써 상기 제1 레이저광의 조사영역(Ap)의 경계부와 상기 제2 레이저광의 조사영역(Ah)의 안쪽 경계부가 부분적으로 오버랩되는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
13. The method of claim 12,
The boundary portion of the irradiation region Ap of the first laser beam partially overlaps the inner boundary portion of the irradiation region Ah of the second laser beam by partially overlapping the first laser beam and the second laser beam A three-dimensional laser printing device.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 레이저광은 적층 대상의 표면에 소정 직경의 원 형상으로 조사되고, 상기 제2 레이저광은 상기 적층 대상의 표면에 상기 제1 레이저광 주위를 둘러싸는 링 형상으로 조사되는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
13. The method of claim 12,
Wherein the first laser light is irradiated on the surface of the object to be laminated in a circular shape with a predetermined diameter and the second laser light is irradiated on the surface of the object to be laminated in a ring shape surrounding the first laser light , A three-dimensional laser printing device.
제 12 항에 있어서,
상기 제2 레이저광의 광 경로상에서 상기 광학장치(170)와 상기 제2 레이저 광원 사이에 배치되는 광학렌즈 또는 콜리메이팅 렌즈;를 더 포함하고,
상기 광학렌즈 또는 콜리메이팅 렌즈를 상기 광 경로상에서 앞뒤로 이동시킴으로써 상기 제2 레이저광의 형상의 두께를 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
13. The method of claim 12,
And an optical lens or collimating lens disposed between the optical device (170) and the second laser light source on the optical path of the second laser light,
And the thickness of the shape of the second laser light can be adjusted by moving the optical lens or the collimating lens back and forth on the optical path.
제 12 항에 있어서,
상기 광학장치(170)가, 액시콘 렌즈, 광 볼텍스 위상판, 및 갈바노 스캐너 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 장치.
13. The method of claim 12,
Characterized in that the optical device (170) comprises one of an axicon lens, a light vortex phase plate, and a galvanometer scanner.
광학 시스템에서 출력되는 레이저광으로 분말을 용융하여 클래드층을 적층하는 3차원 레이저 프린팅 방법으로서,
레이저 광원에서 생성된 레이저광을 제1 레이저광과 제2 레이저광으로 분할하는 단계;
상기 제2 레이저광을 상기 제1 레이저광의 둘레를 둘러싸는 형상의 광으로 조절하는 단계;
상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광을 하나의 광축을 기준으로 정렬하여 결합하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 레이저광을 적층 대상의 표면에 동시에 조사하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 레이저광은 분말을 용융할 수 있는 광강도를 가지며 상기 제2 레이저광은 적층된 클래드층을 재용융하지 않고 가열할 정도의 광강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 방법.
A three-dimensional laser printing method for melting a powder with laser light output from an optical system to laminate a clad layer,
Dividing the laser light generated from the laser light source into a first laser light and a second laser light;
Adjusting the second laser light to light having a shape surrounding the first laser light;
Aligning the first laser light and the second laser light by aligning them with respect to one optical axis; And
And simultaneously irradiating the first and second laser beams onto the surface of the object to be laminated,
Wherein the first laser light has a light intensity capable of melting the powder and the second laser light has a light intensity enough to heat the laminated clad layer without re-melting.
제 18 항에 있어서,
상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광이 부분적으로 중첩됨으로써 상기 제1 레이저광의 조사영역(Ap)의 경계부와 상기 제2 레이저광의 조사영역(Ah)의 안쪽 경계부가 부분적으로 오버랩되는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 방법.
19. The method of claim 18,
The boundary portion of the irradiation region Ap of the first laser beam partially overlaps the inner boundary portion of the irradiation region Ah of the second laser beam by partially overlapping the first laser beam and the second laser beam Dimensional laser printing method.
광학 시스템에서 출력되는 레이저광으로 분말을 용융하여 클래드층을 적층하는 3차원 레이저 프린팅 방법으로서,
제1 레이저광과 제2 레이저광을 각각 생성하는 단계;
상기 제2 레이저광을 상기 제1 레이저광의 둘레를 둘러싸는 형상의 광으로 조절하는 단계;
상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광을 하나의 광축을 기준으로 정렬하여 결합하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 레이저광을 적층 대상의 표면에 동시에 조사하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 레이저광은 분말을 용융할 수 있는 광강도를 가지며 상기 제2 레이저광은 적층된 클래드층을 재용융하지 않고 가열할 정도의 광강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 방법.
A three-dimensional laser printing method for melting a powder with laser light output from an optical system to laminate a clad layer,
Generating a first laser beam and a second laser beam, respectively;
Adjusting the second laser light to light having a shape surrounding the first laser light;
Aligning the first laser light and the second laser light by aligning them with respect to one optical axis; And
And simultaneously irradiating the first and second laser beams onto the surface of the object to be laminated,
Wherein the first laser light has a light intensity capable of melting the powder and the second laser light has a light intensity enough to heat the laminated clad layer without re-melting.
제 20 항에 있어서,
상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광이 부분적으로 중첩됨으로써 상기 제1 레이저광의 조사영역(Ap)의 경계부와 상기 제2 레이저광의 조사영역(Ah)의 안쪽 경계부가 부분적으로 오버랩되는 것을 특징으로 하는, 3차원 레이저 프린팅 방법.
21. The method of claim 20,
The boundary portion of the irradiation region Ap of the first laser beam partially overlaps the inner boundary portion of the irradiation region Ah of the second laser beam by partially overlapping the first laser beam and the second laser beam Dimensional laser printing method.
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