KR102193163B1 - Hybrid printing system for lamination of high viscosity liquid materials - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 고점도 액상 소재를 적층 가공하기 위한 하이브리드 프린팅 시스템은, 액상 소재 공급부에서 공급되는 고점도 액상 소재를 제품 조형 챔버의 작업 플레이트 상으로 순차적으로 적층하는 잉크젯 프린팅 기구 및 상기 작업 플레이트 상에 형성되는 3D 성형 제품 상에 소정 두께로 쌓여진 고점도 액상 레이어 상에 레이저를 이용하여 소결하는 레이저 조사부를 포함하고, 상기 제품 조형 챔버 상에 공급된 고점도 액상 고분자 소재를 상기 잉크젯 프린팅 기구를 이용한 분사 방식으로 공급하여 적층한 상태에서 상기 레이저 조사부를 이용하여 레이저 소결을 실시한다.The hybrid printing system for additively processing a high viscosity liquid material according to the present invention includes an inkjet printing mechanism for sequentially laminating a high viscosity liquid material supplied from a liquid material supply unit onto a working plate of a product molding chamber, and formed on the working plate. Including a laser irradiation unit for sintering using a laser on a high viscosity liquid layer stacked on a 3D molded product with a predetermined thickness, and supplying the high viscosity liquid polymer material supplied to the product molding chamber by a spray method using the inkjet printing mechanism. In the laminated state, laser sintering is performed using the laser irradiation unit.

Description

고점도 액상 소재를 적층 가공하기 위한 하이브리드 프린팅 시스템{Hybrid printing system for lamination of high viscosity liquid materials}Hybrid printing system for lamination of high viscosity liquid materials

본 발명은 3D 프린터 상에 공급된 고점도 액상 고분자 소재를 잉크젯 프린팅 헤드를 이용한 분사 방식으로 공급하여 적층한 상태에서 3차원 레이저 소결을 한 후 다시 분말을 공급한 상태에서 갈바논 스캐닝 시스템에 다관절 로봇 구조체를 부가하여 소결을 진행하는 가공 방법에 관한 것이다.The present invention provides a high-viscosity liquid polymer material supplied on a 3D printer by a spraying method using an inkjet printing head, 3D laser sintering in a stacked state, and then supplying the powder again to a galvanon scanning system with an articulated robot. It relates to a processing method for sintering by adding a structure.

금속 3D 프린터는 일반적으로 크게 PBF(Powder Bed Fusion) 방식과 DED(Directed Energy Deposition) 방식으로 나눌 수 있다. PBF는 분말을 소재로 하여 파우더 베드 상에 분말을 평평히 깔고 고에너지의 레이저나 전자빔을 선택적으로 조사하여 소결시키거나 용융시켜 적층하는 방법이다. 레이저는 갈바노 스캐너를 사용하여 레이저 경로를 제어하고, 코일로 구성된 편향 렌즈가 전자빔을 움직인다.In general, metal 3D printers can be largely divided into PBF (Powder Bed Fusion) method and DED (Directed Energy Deposition) method. PBF is a method of laminating by sintering or melting by selectively irradiating a high energy laser or electron beam by spreading the powder flat on a powder bed using powder as a material. The laser uses a galvano scanner to control the laser path, and a deflecting lens made of coils moves the electron beam.

PBF 방식의 가장 큰 장점은 복잡한 형상을 어렵지 않게 인쇄해 낸다는 것에 있다. 예를 들어, 난삭재 가공이나 형상이 복잡한 고부가가치 제품을 생산하는 데 유리하다. 한편, 정밀도가 우수하지만, 생산성이 낮고 적층 제품의 소결 및 용융 균일도가 좋지 못해 제품의 강도가 약하고 충격치를 확보하기 어렵다는 단점이 있다. 현재는 많은 업체가 용융방식의 SLM(Selective Laser Melting) 공정 위주로 솔루션을 개발하고 있는 상황이다.The biggest advantage of the PBF method is that it prints out complex shapes without difficulty. For example, it is advantageous for processing difficult-to-cut materials or producing high value-added products with complex shapes. On the other hand, although the precision is excellent, the productivity is low and the sintering and melting uniformity of the laminated product is not good, so the strength of the product is weak and it is difficult to secure an impact value. Currently, many companies are developing solutions based on the melting method SLM (Selective Laser Melting) process.

DED는 고출력 레이저 빔을 금속 표면에 조사하면 순간적으로 용융지가 생성되는 동시에 금속 분말도 공급되어 실시간으로 적층한다. 용접과 유사한 방법으로 기존 제품에 덧붙여 쌓아 올릴 수 있어 보수 작업에 활용할 수 있다. 또한, 여러 가지 분말을 동시에 활용하여 실시간으로 합금을 제작하거나 다른 재질을 사용할 수 있다.In DED, when a high-power laser beam is irradiated onto the metal surface, a molten paper is instantaneously generated and metal powder is also supplied and laminated in real time. It can be used for repair work because it can be stacked on top of existing products in a manner similar to welding. In addition, it is possible to manufacture an alloy in real time or use a different material by using various powders at the same time.

금속 3D 프린터를 선택할 때 PBF 방식과 DED 방식 중 가공 유형에 적합한 방법을 골라 사용하면 되지만, 각자 장단점이 뚜렷하기 때문에 어떤 기술이 더 우위에 있다고 섣불리 판단할 수 없다.When choosing a metal 3D printer, you can choose a method suitable for the type of processing between the PBF method and the DED method, but each has distinct advantages and disadvantages, so it cannot be prematurely judged that any technology has the upper hand.

한편, 일반적인 PBF 방식의 3D 프린팅을 보면, 파우더 베드 상에 순차적으로 공급된 분말에 대해 갈바논 스캐너를 이용하여 소결함으로써 레이어 간에 적층을 시행한다.On the other hand, looking at 3D printing of a general PBF method, lamination is performed between layers by sintering the powder sequentially supplied on the powder bed using a galvanon scanner.

금속을 이용한 3D 프린팅 제품은 특성상 기계적 가공 처리가 제한적이어서 표면 조도의 조절이 어렵고, 낮은 표면 조도를 요구하는 제품의 경우에는 후처리가 반드시 필요한 실정이다. 금속 및 레이저를 이용한 3D 프린팅 기술은 30~100㎛ 정도로 그 형상 정밀도가 낮은 관계로 의료 제품으로 적용하기엔 한계가 있어서, 연마, 샌딩, 폴리싱 내지 CNC 가공 등을 포함한 별도의 후가공 기술을 통해 표면 정밀도를 높이는 과정이 필요하다.Due to the nature of 3D printing products using metal, it is difficult to control the surface roughness due to the limited mechanical processing, and post-treatment is indispensable for products that require low surface roughness. The 3D printing technology using metal and laser is limited to be applied as a medical product due to its low shape precision of 30~100㎛, so the surface precision is improved through separate post-processing technology including polishing, sanding, polishing or CNC processing. Elevating process is necessary.

한편, 모든 소재를 구 형상의 분말 입자를 통해 한층 한층 적층하기 위해선 분말 소재 개발의 제약이 있게 된다.On the other hand, in order to layer all the materials through spherical powder particles, there is a limitation in the development of powder materials.

고점도 고분자일 경우에는 기존의 호퍼 공급 방식으로 공급하는 경우에는 균일한 층별 레이어 두께 제어가 불가능하다는 단점이 있게 된다.In the case of a high-viscosity polymer, there is a disadvantage in that it is impossible to uniformly control the thickness of each layer when supplied by the conventional hopper supply method.

한편, 한국등록특허 제10-1806252호의 경우에는 금속 분말이 함유된 원료를 3차원 프린팅을 위한 공급 원료로 이용하여 고강도성과 함께 높은 정밀도를 요구하는 금속 제품을 3차원 프린팅 기술로 제조할 수 있도록 하는 금속 분말 함유 조성물을 원료로 하는 3차원 프린팅 방법을 개시하고, 한국공개특허 제10-2018-0021518호의 경우에는 금속 나노입자의 응집으로 인해 발생하는 유동성 감소를 개선할 수 있도록, 큰 입자 내부에 미세한 1차 금속 나노입자가 존재하는 2단계 구조를 가져 소결 특성 및 유동성이 향상된 3차원 프린팅용 분말의 제조방법 및 상기한 분말을 이용한 3차원 프린팅 방법에 관한 기술적 내용을 개시한다.On the other hand, in the case of Korean Patent Registration No. 10-1806252, a raw material containing metal powder is used as a feedstock for 3D printing, so that metal products that require high strength and high precision can be manufactured with 3D printing technology. A three-dimensional printing method using a metal powder-containing composition as a raw material is disclosed, and in the case of Korean Patent Application Publication No. 10-2018-0021518, a fine particle inside large particles can be improved to improve fluidity reduction caused by agglomeration of metal nanoparticles. Disclosed are a method of manufacturing a powder for 3D printing with improved sintering properties and fluidity by having a two-step structure in which primary metal nanoparticles exist, and a method of 3D printing using the powder described above.

한편, 3차원 형상물을 제조하는 기술로서 금속 분말 재료에 광 빔을 조사하는 것에 의해 3차원 형상물을 제조하는 적층 조형 기술이 공지되어 있는데, 일본특허공개공보 2009-001900호 상에는 금속 분말 재료로 형성된 분말층에 광 빔을 조사하여 소결층을 형성하고, 그것을 반복하는 것에 의해 복수의 소결층이 일체로서 적층된 3차원 형상 조형물을 제조하는 방법이 기재되어 있다.On the other hand, as a technology for manufacturing a three-dimensional object, a laminated molding technology for manufacturing a three-dimensional object by irradiating a light beam onto a metallic powder material is known. Japanese Patent Laid-Open No. 2009-001900 discloses a powder formed of a metallic powder material. A method of forming a sintered layer by irradiating the layer with a light beam and repeating it to produce a three-dimensional shaped object in which a plurality of sintered layers are integrally stacked is described.

(특허문헌 1) KR10-1806252 B(Patent Document 1) KR10-1806252 B

(특허문헌 2) KR10-2018-0021518 A(Patent Document 2) KR10-2018-0021518 A

(특허문헌 3) JP2009-001900 A(Patent Document 3) JP2009-001900 A

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 3D 프린터 상에 공급된 고점도 액상 소재를 잉크젯 프린팅 헤드를 이용한 분사 방식으로 공급하여 적층한 상태에서 3차원 레이저 소결을 한 후 다시 분말을 공급한 상태에서 갈바논 스캐닝 시스템에 다관절 로봇 구조체를 부가하여 소결을 진행하는 가공 방법을 제공하는 것이 목적이다.The present invention is intended to solve the above problems, in a state in which a high-viscosity liquid material supplied on a 3D printer is supplied by a spraying method using an inkjet printing head, stacked, 3D laser sintered, and then powder is supplied again. It is an object of the present invention to provide a processing method for sintering by adding an articulated robot structure to a galvanon scanning system.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 고점도 액상 소재를 적층 가공하기 위한 하이브리드 프린팅 시스템은, 액상 소재 공급부에서 공급되는 고점도 액상 소재를 제품 조형 챔버의 작업 플레이트 상으로 순차적으로 적층하는 잉크젯 프린팅 기구 및 상기 작업 플레이트 상에 형성되는 3D 성형 제품 상에 소정 두께로 쌓여진 고점도 액상 레이어 상에 레이저를 이용하여 소결하는 레이저 조사부를 포함하고, 상기 제품 조형 챔버 상에 공급된 고점도 액상 소재를 상기 잉크젯 프린팅 기구를 이용한 분사 방식으로 공급하여 적층한 상태에서 상기 레이저 조사부를 이용하여 레이저 소결을 실시한다.In order to solve the above problems, a hybrid printing system for laminating a high-viscosity liquid material according to the present invention includes an inkjet printing mechanism for sequentially laminating a high-viscosity liquid material supplied from a liquid material supply unit onto a working plate of a product molding chamber, and Including a laser irradiation unit for sintering using a laser on a high viscosity liquid layer stacked to a predetermined thickness on the 3D molded product formed on the working plate, and the inkjet printing mechanism using the high viscosity liquid material supplied to the product shaping chamber. Laser sintering is performed using the laser irradiation unit in the state of being stacked by supplying by the spray method used.

상기 하이브리드 프린팅 시스템은 상기 레이저 조사부의 각도 변경을 가능하게 하는 다관절 로봇 구조체를 더 포함하고, 상기 레이저 조사부는 상기 다관절 로봇 구조체의 끝단 상에 고정된 상태에서, 상기 다관절 로봇 구조체를 이루는 복수의 관절 및 상기 관절을 연결하는 복수의 축의 위치 및 각도 변경을 통해서, 상기 3D 성형 제품 표면 상에 적층된 고점도 액상 소재에 대한 다양한 각도의 레이저 소결을 가능하게 하여 표면 정밀도를 향상하게 한다.The hybrid printing system further includes an articulated robot structure that enables the angle of the laser irradiation unit to be changed, and the laser irradiation unit is fixed on an end of the articulated robot structure, and a plurality of the articulated robot structures are formed. By changing the position and angle of the joint of the joint and a plurality of axes connecting the joint, it is possible to laser sinter at various angles of the high viscosity liquid material laminated on the surface of the 3D molded product, thereby improving the surface precision.

상기 레이저 조사부는 갈바논 스캐너이다.The laser irradiation unit is a galvanon scanner.

본 발명은 3D 프린터 상에 공급된 고점도 액상 소재를 잉크젯 프린팅 헤드를 이용한 분사 방식으로 공급하여 적층하는 것으로서 100,000 cps 이상을 갖는 고점도 입자의 효율적인 적층 가공을 위해서 기존의 소재를 별도로 가공하는 과정 없이 적층 내지 프린팅 소재로 활용하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the high viscosity liquid material supplied on the 3D printer is supplied and laminated by spraying using an inkjet printing head. For efficient additive processing of high viscosity particles having 100,000 cps or more, the existing material is not separately processed. It is characterized by being used as a printing material.

본 발명은 갈바논 스캐닝 시스템을 이용하여 레이저 소결 기술을 활용한 상태에서 분사 기술을 융합한 하이브리드 시스템을 제공한다.The present invention provides a hybrid system in which injection technology is fused while using laser sintering technology by using a galvanon scanning system.

또한, 3D 프린터 상에 공급된 분말 상에 갈바논 스캐닝 시스템을 이용하여 레이저를 조사하는 과정에서 상기 갈바논 스캐닝 시스템에 다관절 로봇 구조체를 부가하여 소결되는 제품의 표면에 대한 다양한 각도의 레이저 소결을 가능하게 하여 표면 정밀도를 향상하게 한다.In addition, in the process of irradiating the laser on the powder supplied to the 3D printer using a galvanon scanning system, an articulated robot structure is added to the galvanon scanning system to perform laser sintering at various angles on the surface of the sintered product. To improve surface precision.

즉, 다관절 로봇 구조체를 이용하여 파우더 베드 상에 순차적으로 적층 공급된 분말을 소결하는 경우에 상기 다관절 로봇 구조체의 배치 각도를 다변화하는 과정을 통해서 적층된 레이어 간의 적층 각도를 다양하게 변경 가능하게 된다.That is, in the case of sintering the powders sequentially stacked and supplied on a powder bed using an articulated robot structure, the stacking angle between the stacked layers can be variously changed through the process of diversifying the arrangement angle of the articulated robot structure. do.

본 발명은 다관절 로봇 구조체를 이용함으로써 소결된 제품 표면의 경사 각도가 급경사 내지 완만한 경사인지 여부에 관계 없이 정밀한 레이저 가공을 가능하게 한다.The present invention enables precise laser processing regardless of whether the angle of inclination of the surface of the sintered product is steep or inclined by using an articulated robot structure.

도 1은 본 발명에 따라 고점도 액상 소재를 적층 가공하기 위한 하이브리드 프린팅 시스템을 보이는 개념도이다.
도 2는 분말 공급부와 제품 조형부 간의 배치 관계를 보인다.
도 3은 의료용 보형물의 하부를 구성하는 지지체 상에 공급된 분말 상에 다관절 로봇 구조체에 장착된 레이저를 조사하여 3D 프린터 소결 제품을 생산하는 개념을 보인다.1 is a conceptual diagram showing a hybrid printing system for additively processing a high viscosity liquid material according to the present invention.
2 shows an arrangement relationship between the powder supply unit and the product molding unit.
3 shows the concept of producing a 3D printer sintered product by irradiating a laser mounted on an articulated robot structure on powder supplied on a support constituting a lower portion of a medical implant.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art. It is provided to be fully informed. In the drawings, the same reference numerals refer to the same elements.

본 발명은 3D 프린터 상에 공급된 고점도 액상 소재를 잉크젯 프린팅 헤드를 이용한 분사 방식으로 공급하여 적층한 상태에서 3차원 레이저 소결을 한 후 다시 분말을 공급한 상태에서 갈바논 스캐너 상에 다관절 로봇 구조체를 부가한 장치를 이용하여 3d 프린터 상에 공급된 분말 상에 레이저를 조사하는 과정에서 소결되는 3D 프린팅 제품의 표면에 대한 표면 정밀도를 향상하고자 하는 가공 방법을 제공한다.The present invention provides a high-viscosity liquid material supplied on a 3D printer by spraying method using an inkjet printing head, 3D laser sintering in a stacked state, and then re-supplying powder, an articulated robot structure on a galvanon scanner. It provides a processing method to improve the surface precision of the surface of the 3D printed product sintered in the process of irradiating the laser on the powder supplied to the 3D printer using a device added to.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 소결 제품의 표면에 대한 가공 방법을 진행하는 3D 레이저 하이브리드 프린팅 가공 시스템은 내부에 분말을 수용한 상태에서 소정의 주기로 제품 형성을 위하여 분말을 공급하는 분말 공급부(100), 분말 공급부에서 공급되는 분말을 레이저를 조사하여 소결함으로써 3D 제품 성형을 가능하게 하는 제품 조형부(200), 액상 소재 공급부에서 공급되는 고점도 액상 소재를 제품 조형부의 작업 플레이트 상으로 순차적으로 적층하는 잉크젯 프린팅 기구(400) 및 제품 조형부(200) 내에 적층된 분말을 소결하는 레이저 조사부 상에 결합된 다관절 로봇 구조체(300)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the 3D laser hybrid printing processing system for processing the surface of a sintered product according to the present invention includes a powder supply unit that supplies powder for product formation at a predetermined period while the powder is contained therein ( 100), a product molding unit 200 that enables 3D product molding by sintering the powder supplied from the powder supply unit by irradiating a laser, and sequentially stacking the high viscosity liquid material supplied from the liquid material supply unit onto the work plate of the product molding unit It includes an inkjet printing device 400 and an articulated robot structure 300 coupled to a laser irradiation unit for sintering the powder stacked in the product molding unit 200.

제품 조형부(200)는 레이저 노출을 통해 원하는 제품의 단면 형상에 대응하는 패턴 형상으로 소결 과정이 진행되게 한다.The product shaping unit 200 allows the sintering process to proceed in a pattern shape corresponding to a cross-sectional shape of a desired product through laser exposure.

제품 조형부(200)는 공급된 분말이 소결된 상태 하에서 존재하는 제품 조형 챔버(210), 제품 조형 챔버(210) 내에서 기설정된 프로그램에 따라 하방으로 이동하는 과정을 통해 분말 공급부를 통해 공급된 분말이 펼쳐지는 작업 플레이트(220), 제품 조형 챔버(210)의 상부 측에 배치된 상태에서 작업 플레이트(220) 상에 놓은 분말층 상으로 레이저를 공급하는 레이저 조사부(240)를 포함한다.The product molding unit 200 is a product molding chamber 210 in which the supplied powder is sintered, and powder supplied through the powder supply unit through a process of moving downward according to a preset program in the product molding chamber 210 The unfolded working plate 220 includes a laser irradiation unit 240 for supplying a laser onto the powder layer placed on the working plate 220 while being disposed on the upper side of the product shaping chamber 210.

제품 조형 챔버(210)는 분말 공급부에서 공급된 분말이 레이저에 의해 소결된 상태 하에서 원하는 형상의 제품으로 조형되어지는 공간을 의미하는 것으로서, 분말 공급부를 구성하는 분말 수용 챔버의 상단과는 별도의 이송 플레이트를 통해 연결되는 구조일 수 있다. 이송 플레이트는 일예로서 분말 수용 챔버에서 제품 조형 챔버 측으로 갈수록 하부 방향으로 기울어지는 형태일 수 있다.The product molding chamber 210 refers to a space in which the powder supplied from the powder supply unit is molded into a product having a desired shape under a laser sintered state, and is transported separately from the top of the powder receiving chamber constituting the powder supply unit. It may be a structure that is connected through a plate. As an example, the transfer plate may be inclined downward from the powder receiving chamber toward the product molding chamber.

작업 플레이트(220)는 공급된 분말이 균일하게 펼쳐지는 분말 베드의 기능을 하는 것으로서, 그 하부에 결합된 구동부(225)를 통해 상하 이동 가능하게 된다. 구동부(225)는 작업 플레이트(220)의 하부에 일단이 고정되고 타단은 제품 조형 챔버(210)의 내부에서 하방으로 연장된 승강로드(미도시), 승강로드를 상하로 이동시키기 위한 구동모터(미도시)를 포함하며, 승강로드 주위에 하나 이상의 가이드(미도시)가 배치된 상태에서 승강로드와 함께 상하로 승강하면서 작업 플레이트(220)의 이동을 안내할 수 있다.The working plate 220 functions as a powder bed in which the supplied powder is uniformly spread, and can be moved up and down through the driving unit 225 coupled to the lower portion thereof. The driving unit 225 has one end fixed to the lower part of the working plate 220 and the other end of the lifting rod (not shown) extending downward from the inside of the product molding chamber 210, a driving motor for moving the lifting rod up and down ( Not shown), and in a state in which at least one guide (not shown) is disposed around the lifting rod, it is possible to guide the movement of the working plate 220 while lifting up and down together with the lifting rod.

한편, 분말 공급부(100)에서 공급된 일정량의 분말이 작업 플레이트(220)의 일측에 모인 상태에서, 분말 분배 모듈(230)을 통해 공급된 일정량의 분말을 작업 플레이트(220) 상에 균일한 두께로 펼치게 할 수 있다.On the other hand, in a state in which a certain amount of powder supplied from the powder supply unit 100 is collected on one side of the working plate 220, a certain amount of powder supplied through the powder distribution module 230 is uniformly formed on the working plate 220 You can open it with.

상기 분말 분배 모듈(230)을 이루는 분배 롤러(231)는 회전 과정에서 분말을 이송하는 기능을 수행함과 동시에 작업 플레이트와 분배 롤러의 하부로 지나가는 분말을 롤링 운동을 통해 다지는 과정을 수행할 수 있다. 한편, 분배 롤러(231) 상에 진동을 가할 수 있는 진동체를 추가적으로 배치함으로써 분배 롤러 상에 진동을 가하는 과정을 통해서 작업 플레이트(220) 상에 놓인 분말 상에 소정의 진동 가압을 가할 수 있다.The distribution roller 231 constituting the powder distribution module 230 may perform a function of transferring powder during a rotation process and a process of compacting powder passing under the working plate and the distribution roller through a rolling motion. Meanwhile, by additionally disposing a vibrating body capable of applying vibration on the distribution roller 231, a predetermined vibration pressure may be applied to the powder placed on the working plate 220 through the process of applying vibration on the distribution roller.

원통 형상의 분배 롤러(231)는 작업 플레이트의 상단 중심 상에 배치된 회전축(235)에 직교하는 방향으로 결합된 롤러 연결축(233)에 축 방향을 따라 결합된다.The cylindrical distribution roller 231 is coupled along the axial direction to the roller connecting shaft 233 coupled in a direction perpendicular to the rotation shaft 235 disposed on the upper center of the working plate.

회전축은 제품 조형 챔버(210)의 일측 상단 상에 수직한 방향으로 결합된 상태에서 제어부에 의해 작동되는 별도의 구동 수단을 통해 회전 가능하게 결합된다. The rotation shaft is rotatably coupled through a separate driving means operated by the control unit in a state coupled in a vertical direction on one upper end of the product molding chamber 210.

분배 롤러는 회전축의 회전에 따라 작업 플레이트(220) 상에서 일정한 각도 범위 내를 회전한다. 구체적으로, 분배 롤러는 제품 조형 챔버(210)의 일측 상에 분말이 공급되는 경우에 회전축을 중심으로 자동차의 와이퍼와 같이 일측에서 타측 방향으로 부채의 펼쳐짐 동작과 유사하게 운동을 한다.The distribution roller rotates within a certain angular range on the working plate 220 according to the rotation of the rotating shaft. Specifically, when the powder is supplied to one side of the product molding chamber 210, the distribution roller moves around a rotation axis in a similar manner to an unfolding operation of a fan from one side to the other, like a wiper of an automobile.

레이저 조사부(240)는 제품 조형 챔버(210)의 상부에 배치된 레이저 광원 및 레이저 광원에서 조사된 광이 입사되어 굴절되어지는 렌즈부를 포함한다.The laser irradiation unit 240 includes a laser light source disposed above the product molding chamber 210 and a lens unit to which light irradiated from the laser light source is incident and refracted.

잉크젯 프린팅 기구(400)는 잉크젯 프린팅 헤드(410)를 통해서 액상 소재 공급부에서 공급되는 고점도 고분자 액상 소재를 제품 조형부의 작업 플레이트 상으로 순차적으로 적층한다. 이는 기존의 분말 공급 방식의 경우에 균일한 층별 레이어 두께 제어를 시행하는 것이 불가능하다는 현실적인 문제점이 있는바 이의 개선을 가능하게 한다. 잉크젯 프린팅 헤드(410)를 통한 공급 과정에서 별도의 송풍부(420)를 통해 공급된 액상 소재의 냉각 및 경화 과정을 지원한다. 한편, 작업 플레이트 상에는 별도의 가열 수단을 구비하여 소결 과정을 지원할 수 있게 된다.The inkjet printing apparatus 400 sequentially stacks the high-viscosity polymer liquid material supplied from the liquid material supply unit through the inkjet printing head 410 on the working plate of the product molding unit. This makes it possible to improve the conventional powder supply method because there is a practical problem that it is impossible to perform uniform layer thickness control for each layer. In the process of supplying through the inkjet printing head 410, the cooling and curing process of the liquid material supplied through a separate blower 420 is supported. On the other hand, it is possible to support the sintering process by providing a separate heating means on the working plate.

다관절 로봇 구조체(300)는 다관절 링크 및 상기 다관절 링크의 연결 지점을 이루는 복수의 축을 갖는 구조를 가진 상태에서 모션 제어부를 통해 로봇 구조체를 이루는 각 축의 위치, 속도 및 가속도 정보를 포함하는 경로 계획을 세워 명령을 내리게 된다. The articulated robot structure 300 is a path including position, velocity, and acceleration information of each axis constituting the robot structure through a motion control unit in a state having a structure having an articulated link and a plurality of axes forming a connection point of the articulated link You make a plan and give orders.

본 발명에 사용되는 다관절 로봇 구조체는 모든 관절이 직선형인 직교형 로봇, 2개의 직선운동관절과 1개의 회전관절을 갖는 원통형 로봇, 2개의 회전관절과 1 개의 직선관절을 갖는 구형 로봇 및 3개의 회전관절을 갖는 연결형 로봇 중 어느 하나의 종류를 사용하거나 또는 상기 다수의 로봇 종류 중 둘 이상을 조합하여 사용하는 것이 가능하다.The multi-joint robot structure used in the present invention is an orthogonal robot in which all joints are straight, a cylindrical robot having two linear motion joints and one rotary joint, a spherical robot having two rotary joints and one linear joint, and three It is possible to use any one of the connected robots having a rotating joint or a combination of two or more of the plurality of robot types.

한편, 도 3을 참조한 상태에서 본 발명에 따른 3D 레이저 가공 시스템의 다관절 로봇 구조체를 이용하여 공급된 분말 상에 레이저를 조사하여 인공 관절과 같은 의료용 보형물을 생산하는 과정을 설명한다.Meanwhile, a process of producing a medical implant such as an artificial joint by irradiating a laser on the supplied powder using the multi-joint robot structure of the 3D laser processing system according to the present invention will be described with reference to FIG. 3.

제품 조형 챔버(210)의 작업 플레이트(220) 상으로 분말을 순차적으로 공급하여 의료용 보형물의 하부를 구성하는 지지체(250)를 형성한다.Powders are sequentially supplied onto the working plate 220 of the product molding chamber 210 to form a support 250 constituting the lower portion of the medical implant.

분말 공급부(100)에서 제품 조형 챔버의 작업 플레이트 상으로 분말을 순차적으로 공급한다. 분배 롤러를 작동하여 작업 플레이트(220) 상에 공급된 분말을 일정한 두께로 다지는 작업을 한다.Powders are sequentially supplied from the powder supply unit 100 onto the working plate of the product forming chamber. The distribution roller is operated to compact the powder supplied on the working plate 220 to a predetermined thickness.

상기 지지체(250) 상으로 분말을 순차적으로 공급한 후, 상기 상기 지지체 상에 소정 두께로 쌓여진 분말 레이어 상에 레이저 조사부(240)에서 조사된 레이저를 이용하여 소결함으로써 3D 성형 제품 표면 가공을 실시한다.After the powder is sequentially supplied to the support 250, the surface of the 3D molded product is processed by sintering using a laser irradiated from the laser irradiation unit 240 on the powder layer stacked on the support to a predetermined thickness. .

상기 레이저 조사부(240)는 상기 다관절 로봇 구조체(300)의 끝단 상에 고정된 상태에서, 상기 다관절 로봇 구조체를 이루는 복수의 관절 및 상기 관절을 연결하는 복수의 축의 위치 및 각도 변경을 통해서, 상기 3D 성형 제품 표면 상에 적층된 분말 레이어에 대한 다양한 각도의 레이저 소결을 가능하게 하여 표면 정밀도를 향상한다.The laser irradiation unit 240 is fixed on the end of the articulated robot structure 300 by changing the position and angle of a plurality of joints constituting the articulated robot structure and a plurality of axes connecting the joints, The surface precision is improved by enabling laser sintering at various angles for the powder layer laminated on the surface of the 3D molded product.

여기에서, 상기 지지체는 격자 내지 메쉬 구조로 형성한다.Here, the support is formed in a lattice or mesh structure.

이하, 다관절 로봇 구조체를 이용하여 3D 프린터 소결 제품의 표면에 대한 가공 과정을 설명한다.Hereinafter, a processing process for the surface of a 3D printer sintered product using an articulated robot structure will be described.

잉크젯 프린팅 기구(400)는 액상 소재 공급부에서 공급되는 고점도 액상 소재를 제품 조형 챔버의 작업 플레이트 상으로 순차적으로 적층한다.The inkjet printing apparatus 400 sequentially stacks the high viscosity liquid material supplied from the liquid material supply unit onto the working plate of the product forming chamber.

레이저 조사부는 다관절 로봇 구조체의 끝단 상에 고정된 상태에서 작업 플레이트 상에 놓인 고점도 액상 소재에 대한 1차적으로 소결을 진행한다.The laser irradiation unit primarily performs sintering of the high-viscosity liquid material placed on the working plate while being fixed on the end of the articulated robot structure.

분말 공급부에서 제품 조형 챔버의 작업 플레이트 상으로 분말을 순차적으로 공급한다. Powders are sequentially supplied from the powder supply unit onto the working plate of the product forming chamber.

상기 작업 플레이트 상에 소정 두께로 쌓여진 분말 레이어 상에 레이저 조사부에서 조사된 레이저를 이용하여 2차적으로 소결함으로써 3D 성형 제품 표면 가공을 실시한다.Surface processing of the 3D molded product is performed by secondary sintering using a laser irradiated by a laser irradiation unit on the powder layer stacked on the working plate to a predetermined thickness.

상기 레이저 조사부는 다관절 로봇 구조체의 끝단 상에 고정된 상태에서, 다관절 로봇 구조체을 이루는 복수의 관절 및 상기 관절을 연결하는 복수의 축의 위치 및 각도 변경을 통해서, 작업 플레이트 상에 놓인 3D 성형 제품 표면 상에 적층된 분말 레이어에 대한 다양한 각도의 레이저 소결을 가능하게 하여 표면 정밀도를 향상하게 한다.While the laser irradiation unit is fixed on the end of the articulated robot structure, the surface of the 3D molded product placed on the working plate is changed by changing the position and angle of a plurality of joints constituting the articulated robot structure and a plurality of axes connecting the joints. It enables laser sintering of various angles for the powder layer stacked on top, thereby improving the surface precision.

구체적으로, 다관절 로봇 구조체를 이용하여 레이저 조사부인 갈바논 스캐너의 배치각도를 자유롭게 조절하는 과정을 통해 작업 플레이트 상에 놓인 분말 레이어 간의 적층 각도를 다변화하게 한다.Specifically, the lamination angle between the powder layers placed on the working plate is diversified through the process of freely adjusting the arrangement angle of the galvanon scanner, which is the laser irradiation unit, using the articulated robot structure.

성형되는 3D 출력물을 보면, 급경사를 갖는 표면 내지 완만한 경사를 갖는 표면을 가질 수 있는데, 여기에서 3D 출력물에 형성되는 경사면에 따라서 갈바논 스캐너의 각도를 적절히 유지함으로써 경사면의 거칠기를 부드럽게 할 수 있다.Looking at the 3D output to be molded, it can have a surface with a steep slope or a surface with a gentle slope, where the roughness of the slope can be smoothed by properly maintaining the angle of the galvanon scanner according to the slope formed on the 3D output. .

상술한 바와 같이, 본 발명은 3D 프린터 상에 공급된 고점도 액상 소재를 잉크젯 프린팅 헤드를 이용한 분사 방식으로 공급하여 적층하는 것으로서 100,000 cps 이상을 갖는 고점도 입자의 효율적인 적층 가공을 위해서 기존의 소재를 별도로 가공하는 과정 없이 적층 내지 프린팅 소재로 활용하고 갈바논 스캐닝 시스템을 이용하여 레이저 소결 기술을 활용한 상태에서 분사 기술을 융합한다.As described above, in the present invention, the high viscosity liquid material supplied on the 3D printer is supplied and laminated by spraying using an inkjet printing head, and the existing material is separately processed for efficient lamination processing of high viscosity particles having 100,000 cps or more. It is used as a lamination or printing material without the process of doing so, and the spray technology is fused while using the laser sintering technology using a galvanon scanning system.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the specific embodiment described above. That is, a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains can make a number of changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications It should be considered that equivalents are also within the scope of the present invention.

Claims (3)

고점도 액상 소재를 적층 가공하기 위한 하이브리드 프린팅 시스템에 있어서,
상기 하이브리드 프린팅 시스템은,
액상 소재 공급부에서 공급되는 고점도 액상 소재를 제품 조형 챔버의 작업 플레이트 상으로 순차적으로 적층하는 잉크젯 프린팅 기구, 상기 작업 플레이트 상에 형성되는 3D 성형 제품 상에 소정 두께로 쌓여진 고점도 액상 레이어 상에 레이저를 이용하여 소결하는 레이저 조사부 및 상기 레이저 조사부의 각도 변경을 가능하게 하는 다관절 로봇 구조체를 포함하고,
상기 작업 플레이트의 일측으로 공급된 분말을 상기 작업 플레이트 상에 균일하게 공급하는 기능을 하는 분말 분배 모듈은 원통 형상의 분배 롤러, 상기 분배 롤러의 축 방향을 따라 결합되는 롤러 연결축 및 상기 롤러 연결축의 끝단에 결합되는 회전축을 포함하고,
상기 분배 롤러는 상기 작업 플레이트의 상단 중심 상에 배치된 회전축에 직교하는 방향으로 결합된 롤러 연결축에 축 방향을 따라 결합되며, 상기 회전축은 상기 제품 조형 챔버의 일측 상단 상에 수직한 방향으로 결합된 상태에서 제어부에 의해 작동되는 별도의 구동 수단을 통해 회전 가능하게 결합되고, 상기 분배 롤러는 상기 회전축의 회전에 따라 상기 작업 플레이트 상에서 일정한 각도 범위 내를 회전하며, 상기 분배 롤러 상에 진동을 가할 수 있는 진동체를 추가적으로 배치하여 상기 분배 롤러 상에 진동을 가하는 과정을 통해서 상기 작업 플레이트 상에 놓인 분말 상에 소정의 진동 가압을 수행하고,
상기 제품 조형 챔버 상에 공급된 고점도 액상 소재를 상기 잉크젯 프린팅 기구를 이용한 분사 방식으로 공급하여 적층한 상태에서 상기 레이저 조사부를 이용하여 레이저 소결을 실시하며,
상기 레이저 조사부는 상기 다관절 로봇 구조체의 끝단 상에 고정된 상태에서 상기 작업 플레이트 상에 놓인 고점도 액상 소재에 대한 1차적으로 소결을 진행하고, 상기 작업 플레이트 상에 소정 두께로 쌓여진 분말 레이어 상에 상기 레이저 조사부에서 조사된 레이저를 이용하여 2차적으로 소결하여 3D 성형 제품 표면 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는,
하이브리드 프린팅 시스템.
In the hybrid printing system for additive processing of high viscosity liquid material,
The hybrid printing system,
An inkjet printing mechanism that sequentially stacks the high viscosity liquid material supplied from the liquid material supply unit onto the working plate of the product molding chamber, and uses a laser on the high viscosity liquid layer stacked to a predetermined thickness on the 3D molded product formed on the working plate. And a sintered laser irradiation unit and an articulated robot structure enabling angle change of the laser irradiation unit,
The powder distribution module that functions to uniformly supply the powder supplied to one side of the working plate onto the working plate includes a cylindrical distribution roller, a roller connecting shaft coupled along the axial direction of the distribution roller, and the roller connecting shaft. It includes a rotating shaft coupled to the end,
The distribution roller is coupled along an axial direction to a roller connection axis coupled in a direction perpendicular to a rotation axis disposed on the upper center of the working plate, and the rotation axis is coupled in a direction perpendicular to an upper end of one side of the product molding chamber In the state, it is rotatably coupled through a separate driving means operated by the control unit, and the distribution roller rotates within a certain angular range on the working plate according to the rotation of the rotation shaft, and vibration is applied to the distribution roller. By additionally arranging a vibrating body to apply vibration on the distribution roller, a predetermined vibration pressure is performed on the powder placed on the working plate,
Laser sintering is performed using the laser irradiation unit in a state in which the high-viscosity liquid material supplied to the product molding chamber is supplied by a spray method using the inkjet printing device and laminated,
The laser irradiation unit primarily performs sintering on the high viscosity liquid material placed on the working plate while being fixed on the end of the articulated robot structure, and the powder layer stacked on the working plate to a predetermined thickness. Characterized in that the surface processing of the 3D molded product is performed by secondary sintering using the laser irradiated by the laser irradiation unit,
Hybrid printing system.
 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 조사부는 갈바논 스캐너인,
하이브리드 프린팅 시스템.The method of claim 1,
The laser irradiation unit is a galvanon scanner,
Hybrid printing system.
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