KR102291751B1 - MONITORING METHOD and APPARATUS FOR 3D PRINTING - Google Patents

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Abstract

저비용, 고속으로 공정모니터링이 가능한 금속 3D프린터 모니터링 방법 및 모니터링 장치가 제안된다. 본 발명에 따른 금속 3D프린터 모니터링 방법은 금속분말을 이용하여 3D출력물을 제조하는 3D프린터의 공정모니터링방법에 있어서, 프린팅 헤드로부터 조사된 제1광에 의해 용융되는 금속분말로부터 발생하는 제2광의 파장 및 세기를 측정하는 제1단계; 및 광의 파장 및 세기 중 적어도 하나의 결과값을 이용하여 3D프린터의 프린팅공정을 진단하는 제2단계;를 포함한다. A metal 3D printer monitoring method and monitoring device capable of low-cost and high-speed process monitoring are proposed. The metal 3D printer monitoring method according to the present invention is a process monitoring method of a 3D printer for manufacturing a 3D output using metal powder, the wavelength of the second light generated from the metal powder melted by the first light irradiated from the printing head and a first step of measuring the intensity; and a second step of diagnosing the printing process of the 3D printer by using the result value of at least one of the wavelength and intensity of light.

Description

금속 3D프린터 모니터링 방법 및 모니터링 장치{MONITORING METHOD and APPARATUS FOR 3D PRINTING}Metal 3D printer monitoring method and monitoring device {MONITORING METHOD and APPARATUS FOR 3D PRINTING}

본 발명은 금속 3D프린터 모니터링 방법 및 모니터링 장치에 관한 것으로, 상세하게는 저비용, 고속으로 공정모니터링이 가능한 금속 3D프린터 모니터링 방법 및 모니터링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a metal 3D printer monitoring method and monitoring apparatus, and more particularly, to a metal 3D printer monitoring method and monitoring apparatus capable of low-cost and high-speed process monitoring.

산업, 생활 또는 의학 등 매우 다양한 분야에서 활용되고 있는 3D 프린터의 기본적인 원리는 얇은 2D 레이어를 쌓아서 3D 물체를 만드는 것이다. 3D 프린터는 광경화 수지 또는 금속을 이용하여 3D출력물을 형성할 수 있는데, 이 중, 금속 3D 프린터는 크게 PBF(Powder Bed Fusion) 방식과 DED(Directed Energy Deposition) 방식으로 나뉜다. The basic principle of 3D printers, which are being used in a wide variety of fields such as industry, life, or medicine, is to build 3D objects by stacking thin 2D layers. A 3D printer can form a 3D output using a photocurable resin or metal. Among them, a metal 3D printer is largely divided into a PBF (Powder Bed Fusion) method and a DED (Directed Energy Deposition) method.

DED방식의 3D프린터는 DED헤드 중앙에서 고출력 레이저 빔을 금속 표면에 조사하면 순간적으로 용융지가 생성되는 동시에 금속분말도 공급되어 프린터 헤드가 이동하면서 실시간으로 적층하여 3D출력물을 형성한다. 금속분말은 질소나 아르곤 가스와 같은 캐리어 가스를 사용하여 금속분말을 유동시켜 3D 프린터 내에 공급된다. In the DED type 3D printer, when a high-power laser beam is irradiated onto the metal surface from the center of the DED head, a molten pool is instantaneously generated, and metal powder is also supplied, and the printer head is moved and laminated in real time to form a 3D output. The metal powder is supplied into the 3D printer by flowing the metal powder using a carrier gas such as nitrogen or argon gas.

DED방식의 3D프린터의 공정조건은 레이저 출력, 레이저헤드의 이동속도, 레이저헤드와 용융지와의 거리, 캐리어 가스 유량, 및 분말 주입 속도 등과 같이 매우 다양하여, 최적의 공정조건을 실험적으로 찾기가 매우 어렵고 같은 공정조건을 사용하더라도 온도와 습도 등 주위환경 변화에 따라 공정품질이 달라지는 문제점을 가지고 있다. The process conditions of the DED type 3D printer are very diverse, such as laser power, laser head moving speed, laser head and molten pool distance, carrier gas flow rate, and powder injection speed, so it is difficult to find the optimal process conditions experimentally. It is very difficult and even if the same process conditions are used, there is a problem in that the process quality varies according to changes in the surrounding environment such as temperature and humidity.

이에 따라, 공정조건을 모니터링하여 3D출력물의 품질을 최대한 균일하게 유지할 수 있도록 하였는데, 종래에는 열화상카메라 등을 통해 용융지의 모양 및 온도를 파악하여 공정을 모니터링하였다. 그러나, 열화상 카메라는 매우 고가이고, 고속측정이 어려워 실시간 모니터링이 어려운 단점을 가지고 있다. Accordingly, the process conditions were monitored to ensure that the quality of the 3D output could be maintained as uniformly as possible. Conventionally, the shape and temperature of the molten pool were monitored through a thermal imaging camera, etc. to monitor the process. However, thermal imaging cameras are very expensive and have disadvantages in that real-time monitoring is difficult because high-speed measurement is difficult.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 저비용, 고속으로 공정모니터링이 가능한 금속 3D프린터 모니터링 방법 및 모니터링 장치를 제공함에 있다. The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a metal 3D printer monitoring method and a monitoring device capable of process monitoring at low cost and high speed.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 3D프린터 모니터링 방법은 금속분말을 이용하여 3D출력물을 제조하는 3D프린터의 공정모니터링방법에 있어서, 프린팅 헤드로부터 조사된 제1광에 의해 용융되는 금속분말로부터 발생하는 제2광의 파장 및 세기를 측정하는 제1단계; 및 광의 파장 및 세기 중 적어도 하나의 결과값을 이용하여 3D프린터의 프린팅공정을 진단하는 제2단계;를 포함한다. The metal 3D printer monitoring method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a process monitoring method of a 3D printer for producing a 3D output using a metal powder, melted by the first light irradiated from the printing head A first step of measuring the wavelength and intensity of the second light generated from the metal powder; and a second step of diagnosing the printing process of the 3D printer by using the result value of at least one of the wavelength and intensity of light.

제1단계는 분광기를 이용하여 수행될 수 있다. The first step may be performed using a spectrometer.

분광기는 광섬유와 연결되고, 제2광은 광섬유를 통해 분광기로 유입될 수 있다.The spectrometer is connected to the optical fiber, and the second light may be introduced into the spectrometer through the optical fiber.

제2단계는, 제2광의 파장대역이 넓으면 금속분말이 분산되어 있다고 진단하는 단계일 수 있다. The second step may be a step of diagnosing that the metal powder is dispersed when the wavelength band of the second light is wide.

제2단계는, 제2광의 세기가 크면 금속분말의 양이 많거나 제1광이 세다고 진단하는 단계일 수 있다. The second step may be a step of diagnosing that the amount of the metal powder is large or that the first light is strong when the intensity of the second light is large.

본 발명의 따른 금속 3D프린터 모니터링 방법은 제2단계 수행 후에, 공정이상진단결과가 발생하면, 공정을 중단하거나 공정조건을 변경시키는 피드백단계;를 더 포함할 수 있다.The metal 3D printer monitoring method according to the present invention may further include a feedback step of stopping the process or changing the process conditions when a process abnormality diagnosis result occurs after performing the second step.

제1단계는 파장응답특성이 다른 포토다이오드를 이용하거나 혹은 포토다이오드 및 파장필터를 이용하여 수행될 수 있다.The first step may be performed using photodiodes having different wavelength response characteristics or using a photodiode and a wavelength filter.

포토다이오드는 제1포토다이오드 및 제2포토다이오드를 포함하고, 제1포토다이오드와 제2포토다이오드의 파장응답특성이 다르거나, 제2포토다이오드는 파장필터와 함께 위치하여 파장필터에 의해 필터링된 광을 수광할 수 있다. The photodiode includes a first photodiode and a second photodiode, and the wavelength response characteristics of the first photodiode and the second photodiode are different, or the second photodiode is located together with the wavelength filter and is filtered by the wavelength filter. It can receive light.

포토다이오드는 복수개이고, 각각의 포토다이오드는 서로 다른 파장응답특성을 가지거나 서로 다른 파장필터를 포함하여 서로 다른 파장필터에 의해 필터링된 광을 수광할 수 있다.There are a plurality of photodiodes, and each photodiode may have different wavelength response characteristics or may include different wavelength filters to receive light filtered by different wavelength filters.

서로 다른 파장필터는 300nm, 500nm 및 700nm 파장대역을 통과시킬 수 있다.Different wavelength filters can pass wavelength bands of 300 nm, 500 nm and 700 nm.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 금속 3D프린터 모니터링 방법을 수행하기 위한 금속 3D프린터 모니터링 장치로서, 프린팅 헤드로부터 조사된 제1광에 의해 용융되는 금속분말로부터 발생하는 제2광을 유입시키는 광유입부; 및 유입된 제2광의 파장 및 세기를 측정하는 광분석부;를 포함하는 금속 3D프린터 모니터링 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, as a metal 3D printer monitoring device for performing a metal 3D printer monitoring method, a light inlet unit for introducing a second light generated from a metal powder melted by a first light irradiated from a printing head ; and an optical analyzer for measuring the wavelength and intensity of the introduced second light; a metal 3D printer monitoring device comprising a.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 금속분말에 광을 조사하고 용융시켜 3D출력물을 제조하는 3D프린팅유닛; 및 금속분말이 용융될때 발생되는 광을 분석하여 프린팅 공정조건을 모니터링 하는 모니터링 유닛;을 포함하는 공정모니터링이 가능한 금속 3D프린터 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a 3D printing unit for producing a 3D output by irradiating and melting metal powder with light; And a monitoring unit for monitoring the printing process conditions by analyzing the light generated when the metal powder is melted; a metal 3D printer system capable of monitoring the process is provided, including.

본 발명의 실시예들에 따르면, 종래 열화상 카메라를 이용한 공정모니터링 방법에 비해 고속으로 3D프린팅을 모니터링할 수 있고, 실시간 모니터링이 가능하여 공정조건의 변화를 통한 고품질 3D출력물을 얻을 수 있는 효과가 있다. According to embodiments of the present invention, 3D printing can be monitored at high speed compared to the process monitoring method using a conventional thermal imaging camera, and real-time monitoring is possible, so that high-quality 3D output can be obtained through change in process conditions. have.

또한, 본 발명에 따르면, 공정 모니터링을 다양하게 수행하여 최적의 공정조건을 산출해낼 수 있어 3D 프린팅 공정의 초기조건 설정의 오류를 제거하여 공정의 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to calculate the optimal process conditions by performing various process monitoring, thereby eliminating errors in setting the initial conditions of the 3D printing process, thereby increasing the efficiency of the process.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 3D프린터 모니터링 방법으로 모니터링하는 3D프린터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 3D프린터 시스템을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 금속 3D프린터 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 금속 3D프린터 모니터링 방법으로 3D프린터의 3D출력물로부터의 광을 분석한 그래프이고, 도 5는 프린팅 헤드를 윗쪽으로 3mm이동한 경우의 광을 분석한 그래프이다.
1 is a cross-sectional view of a 3D printer monitored by a metal 3D printer monitoring method according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a metal 3D printer system according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating a metal 3D printer system according to another embodiment of the present invention.
4 is a graph analyzing light from a 3D output of a 3D printer by a metal 3D printer monitoring method according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a graph analyzing light when the printing head is moved 3 mm upward am.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiment of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided in order to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Although there may be components shown to have a specific pattern or a predetermined thickness in the accompanying drawings, this is for convenience of explanation or distinction, so even if the present invention has a specific pattern and a predetermined thickness, the characteristics of the components shown It is not limited to

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 3D프린터 모니터링 방법으로 모니터링하는 3D프린터의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 3D프린터 시스템을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 금속 3D프린터 시스템을 도시한 도면이다. 이하 도 1내지 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.1 is a cross-sectional view of a 3D printer monitoring by a metal 3D printer monitoring method according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a metal 3D printer system according to another embodiment of the present invention, and FIG. It is a view showing a metal 3D printer system according to another embodiment of the invention. Hereinafter, it will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .

도 1을 참조하면, 금속 3D프린터(100)의 프린트헤드로부터 레이저광(110)이 조사되고, 금속분말(120)이 공급되면서 3D출력물(130)이 출력된다. 본 실시예에서 3D프린터는 DED방식의 3D프린터로서, DED헤드 중앙에서 고출력 레이저 빔을 금속 표면에 조사하면 순간적으로 용융지가 생성되는 동시에 금속분말도 공급되어 프린터 헤드가 이동하면서 실시간으로 적층하여 3D성형체를 형성한다. 본 발명에 따른 금속 3D프린터 모니터링 장치(200)는 이러한 방식으로 3D출력물(130)을 성형할 때 공정조건을 모니터링할 수 있다. Referring to FIG. 1 , a laser light 110 is irradiated from the printhead of the metal 3D printer 100 , and a 3D output 130 is output while the metal powder 120 is supplied. In this embodiment, the 3D printer is a 3D printer of the DED method. When a high-power laser beam is irradiated to the metal surface from the center of the DED head, a molten pool is instantaneously generated, and metal powder is also supplied, and the 3D molded body is laminated in real time while the printer head moves. to form The metal 3D printer monitoring apparatus 200 according to the present invention can monitor process conditions when molding the 3D output 130 in this way.

본 발명에 따른 금속 3D프린터 모니터링 장치(200)는 금속 3D프린터 모니터링 방법을 수행하기 위한 금속 3D프린터 모니터링 장치이다. 프린팅 헤드로부터 조사된 레이저광(110)인 제1광에 의해 용융되는 금속분말(120)부터 발생하는 제2광을 유입시키는 광유입부(210); 및 유입된 제2광의 파장 및 세기를 측정하는 광분석부(220);를 포함한다. The metal 3D printer monitoring apparatus 200 according to the present invention is a metal 3D printer monitoring apparatus for performing a metal 3D printer monitoring method. a light inlet 210 for introducing a second light generated from the metal powder 120 that is melted by the first light, which is the laser light 110 irradiated from the printing head; and an optical analysis unit 220 that measures the wavelength and intensity of the introduced second light.

이러한 금속 3D프린터 모니터링 장치(200)는 프린팅 헤드로부터 조사된 제1광에 의해 용융되는 금속분말(120)로부터 발생하는 제2광의 파장 및 세기를 측정하는 제1단계; 및 광의 파장 및 세기 중 적어도 하나의 결과값을 이용하여 3D프린터의 프린팅공정을 진단하는 제2단계;를 수행한다. The metal 3D printer monitoring device 200 includes a first step of measuring the wavelength and intensity of the second light generated from the metal powder 120 melted by the first light irradiated from the printing head; and a second step of diagnosing the printing process of the 3D printer using the result value of at least one of the wavelength and intensity of light.

도 2를 참조하면, 3D출력물(130)에서는 레이저광(110)에 의해 금속분말(120)이 용융되면서 광이 발생하고, 발생된 제2광을 광분석부(220)에서 세기 및 파장을 분석하여 공정조건을 모니터링할 수 있다. Referring to FIG. 2 , in the 3D output 130 , the metal powder 120 is melted by the laser light 110 , and light is generated, and the intensity and wavelength of the generated second light are analyzed by the optical analysis unit 220 . Process conditions can be monitored.

제1단계의 광분석부(220)는 분광기(spectrometer)일 수 있다. 분광기는 광섬유와 같은 광유입부(210)를 통해, 3D출력물(130)에서 발생하는 제2광을 획득하고, 제2광의 세기 및 파장을 측정한다. 광분석부(220)는 제2광의 세기 및 파장측정값을 디스플레이부(230)에 출력할 수 있다. The optical analyzer 220 of the first step may be a spectrometer. The spectrometer acquires the second light generated from the 3D output 130 through the light inlet 210 such as an optical fiber, and measures the intensity and wavelength of the second light. The light analyzer 220 may output the intensity and wavelength measurement values of the second light to the display unit 230 .

레이저광(110)이 집중되는 영역에 금속분말(120)이 주입되면, 금속분말(120)이 용융되면서 광이 발생한다. 이 때, 금속분말(120)이 레이저광(110)이 집중되는 영역 내에 모두 주입되면, 전체적으로 좁은 대역의 파장을 가지는 광이 발생한다. 즉, 용융되는 분말들의 온도가 비교적 균일하다고 판단할 수 있다. 이에 반해, 금속분말(120)이 레이저광(110)이 집중되는 영역을 벗어나면 용융되는 분말의 온도가 불균일하여 넓은 대역의 파장을 가지는 광이 발생한다. 이러한 현상을 이용해서 금속분말(120)이 용융하면서 나오는 빛의 파장을 측정하여 금속 3D프린팅 공정을 모니터링한다. When the metal powder 120 is injected into the region where the laser light 110 is concentrated, the metal powder 120 is melted and light is generated. At this time, when all of the metal powder 120 is injected into the region where the laser light 110 is concentrated, light having a narrow wavelength as a whole is generated. That is, it can be determined that the temperatures of the melted powders are relatively uniform. On the other hand, when the metal powder 120 is out of the region where the laser light 110 is concentrated, the temperature of the powder to be melted is non-uniform, so that light having a wide wavelength band is generated. Using this phenomenon, the metal 3D printing process is monitored by measuring the wavelength of light emitted while the metal powder 120 is melted.

도 3에는 광유입부(210)를 사용하는 대신 3D출력물(130)에서 발생하는 제2광을 직접 모니터링 하는데, 이 때, 용융지에서 발생하는 빛을 직접 얻어 모니터링 하는 대신 도 3에서와 같이 파장의존 빔스플리터(210)를 사용할 수 있다. 이 때에는 보조적으로 광섬유를 분광기에 연결하여 사용하거나 광섬유없이 분광기를 바로 사용할 수 있다. In FIG. 3, instead of using the light inlet 210, the second light generated from the 3D output 130 is directly monitored. A dependent beamsplitter 210 may be used. In this case, an optical fiber can be connected to the spectrometer to be used as an auxiliary, or the spectrometer can be used directly without an optical fiber.

광분석부(220)는 포토다이오드 및 파장필터를 포함할 수 있다. 포토다이오드는 제1포토다이오드 및 제2포토다이오드를 포함하고, 각각의 포토다이오드는 파장응답특성이 다르거나 제2포토다이오드는 파장필터와 함께 위치하여 파장필터에 의해 필터링된 광을 수광할 수 있다. 또는 포토다이오드는 복수개이고, 각각의 포토다이오드는 서로 다른 파장응답특성을 가지거나 혹은 서로 다른 파장필터를 포함하여 서로 다른 파장필터에 의해 필터링된 광을 수광할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 파장필터는 300nm, 500nm 및 700nm 파장대역을 통과시킬 수 있다.The optical analyzer 220 may include a photodiode and a wavelength filter. The photodiode includes a first photodiode and a second photodiode, and each photodiode has a different wavelength response characteristic or the second photodiode is positioned together with the wavelength filter to receive light filtered by the wavelength filter. . Alternatively, a plurality of photodiodes may be provided, and each photodiode may have different wavelength response characteristics or may include different wavelength filters to receive light filtered by different wavelength filters. For example, different wavelength filters may pass wavelength bands of 300 nm, 500 nm and 700 nm.

광분석부(220)로서 고가의 분광기 대신 포토다이오드와 파장필터를 사용할 수 있다. 예를 들어, 광분석부(220)는 2개의 포토다이오드와 하나의 포토다이오드와 함께 사용되는 파장필터로 구성될 수 있다. 파장필터가 없는 포토다이오드는 전체 광을 모니터링하고, 파장필터를 구비한 포토다이오드는 해당 대역의 광만 모니터링한다. 정상적인 조건에서의 포토다이오드의 광량을 기준으로 하여 비정상공정이 발생할 때 각각의 포토다이오드의 값으로부터 공정 이상유무를 모니터링할 수 있다.As the optical analyzer 220 , a photodiode and a wavelength filter may be used instead of an expensive spectrometer. For example, the optical analyzer 220 may be composed of two photodiodes and a wavelength filter used together with one photodiode. A photodiode without a wavelength filter monitors the entire light, and a photodiode with a wavelength filter monitors only the light of a corresponding band. When an abnormal process occurs based on the light amount of the photodiode under normal conditions, the presence or absence of process abnormality can be monitored from the value of each photodiode.

3개의 포토다이오드와 파장필터를 사용하여 광분석부(220)를 구성할 수 있다. 예를 들어, 3개의 포토다이오드와 3개의 파장필터로 광분석부(220)를 구성하는 경우에, 각각의 필터는 300nm대역만을 통과시키는 필터, 500nm 대역만을 통과시키는 필터, 700nm대역만을 통과시키는 필터로 구성할 수 있다. 정상조건에 대한 공정에서의 각각의 포토다이오드에 대한 기준값과 공정중 포토다이오드의 값을 비교하여 공정의 이상유무를 확인할 수 있으므로 금속 3D프린팅의 모니터링이 가능하다. The optical analysis unit 220 may be configured using three photodiodes and a wavelength filter. For example, in the case of configuring the optical analysis unit 220 with three photodiodes and three wavelength filters, each filter is a filter that passes only a 300 nm band, a filter that passes only a 500 nm band, and a filter that passes only a 700 nm band. configurable. By comparing the reference value for each photodiode in the process under normal conditions and the value of the photodiode in the process, it is possible to check whether the process is abnormal or not, so metal 3D printing can be monitored.

도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 금속 3D프린터 모니터링 방법으로 3D프린터의 3D출력물로부터의 광을 분석한 그래프이고, 도 5는 프린팅 헤드를 윗쪽으로 3mm이동한 경우의 광을 분석한 그래프이다. 도 4의 그래프는 공정조건에 따라 전체적으로 좁은 파장대역을 나타내고 있어 금속분말이 균일하게 용융되었을 것으로 추측된다. 4 is a graph analyzing light from a 3D output of a 3D printer by a metal 3D printer monitoring method according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a graph analyzing light when the printing head is moved 3 mm upward am. The graph of FIG. 4 shows a narrow wavelength band as a whole depending on the process conditions, so it is assumed that the metal powder is uniformly melted.

이와 달리, 도 5의 그래프는 넓은 파장대역의 광이 발생한 것으로 보이는데, 도 5는 프린터헤드를 도 4의 경우보다 상부로 3mm 이동한 경우로서, 이러한 프린터 헤드의 이동으로 인하여 금속분말이 정확한 용융 영역에 위치하지 않고 넓게 분포되어 레이저광에 의한 용융이 균일하지 않았음을 알 수 있다. In contrast, the graph of FIG. 5 shows that light of a wide wavelength band is generated. FIG. 5 is a case in which the printer head is moved 3 mm upward than in the case of FIG. It can be seen that the melting by the laser light was not uniform because it was not located in the area and was widely distributed.

이러한 광분석부의 분석결과에 따라, 제2광의 파장대역이 넓으면 금속분말이 분산되어 있다고 진단될 수 있고, 제2광의 세기가 크면 금속분말의 양이 많거나 제1광이 세다고 진단될 수 있다. 이에 따라, 파장대역이 넓으면 프린터헤드의 위치를 조정하고, 제2광의 세기가 크면 금속분말의 양을 감소시키거나 레이저광의 세기를 감소시켜 정상조건으로 복귀시킬 수 있다. According to the analysis result of the optical analyzer, if the wavelength band of the second light is wide, it can be diagnosed that the metal powder is dispersed, and when the intensity of the second light is large, it can be diagnosed that the amount of the metal powder is large or the first light is strong. have. Accordingly, if the wavelength band is wide, the position of the print head may be adjusted, and if the intensity of the second light is high, the amount of metal powder may be reduced or the intensity of the laser beam may be reduced to return to the normal condition.

본 발명의 따른 금속 3D프린터 모니터링 방법은 제2단계 수행 후에, 공정이상진단결과가 발생하면, 공정을 중단하거나 공정조건을 변경시키는 피드백단계;를 더 포함할 수 있다. 공정 중에는 빛의 파장과 세기를 모니터링하여 파장 및 세기에 이상이 발생하면 공정을 중지하여 제조비용을 줄일 수 있거나, 피드백 제어를 통한 공정의 안정성을 높일 수 있다. The metal 3D printer monitoring method according to the present invention may further include a feedback step of stopping the process or changing the process conditions when a process abnormality diagnosis result occurs after performing the second step. During the process, by monitoring the wavelength and intensity of light, if an abnormality occurs in the wavelength and intensity, the manufacturing cost can be reduced by stopping the process, or the stability of the process can be improved through feedback control.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 금속분말에 광을 조사하고 용융시켜 3D출력물을 제조하는 3D프린팅유닛; 및 금속분말이 용융될때 발생되는 광을 분석하여 프린팅 공정조건을 모니터링 하는 모니터링 유닛;을 포함하는 공정모니터링이 가능한 금속 3D프린터 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a 3D printing unit for producing a 3D output by irradiating and melting metal powder with light; And a monitoring unit for monitoring the printing process conditions by analyzing the light generated when the metal powder is melted; a metal 3D printer system capable of monitoring the process is provided, including.

본 발명에서의 모니터링 방법은 DED방식의 3D프린터 이외에도 PDF방식, 아크용접방식 등 금속을 용융시켜 적층하는 방식 중 빛이 발생하는 방식에는 모두 적용할 수 있다.The monitoring method in the present invention can be applied to any method in which light is generated among methods of laminating metal by melting, such as PDF method, arc welding method, etc. in addition to the DED type 3D printer.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.In the above, although embodiments of the present invention have been described, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by, etc., and this will also be included within the scope of the present invention.

100: 3D프린터
110: 레이저광
120: 금속분말
130: 3D출력물
200: 금속 3D프린터 모니터링 장치
210: 광유입부
220: 광분석부
230: 디스플레이부
100: 3D printer
110: laser light
120: metal powder
130: 3D output
200: metal 3D printer monitoring device
210: light inlet
220: optical analysis unit
230: display unit

Claims (12)

금속분말을 이용하여 3D출력물을 제조하는 3D프린터의 공정모니터링방법에 있어서,
프린팅 헤드로부터 조사된 제1광에 의해 용융되는 금속분말로부터 발생하는 제2광의 파장 및 세기를 측정하는 제1단계; 및
광의 파장 및 세기 중 적어도 하나의 결과값을 이용하여 3D프린터의 프린팅공정을 진단하는 제2단계;를 포함하는 금속 3D프린터 모니터링 방법으로서,
제1단계는 분광기를 이용하여 수행되고,
제2단계는, 제2광의 파장대역이 넓으면 금속분말이 분산되어 있다고 진단하는 단계인 것을 특징으로 하는 금속 3D프린터 모니터링 방법.
In the process monitoring method of a 3D printer for manufacturing 3D output using metal powder,
A first step of measuring the wavelength and intensity of the second light generated from the metal powder melted by the first light irradiated from the printing head; and
A metal 3D printer monitoring method comprising a; a second step of diagnosing the printing process of the 3D printer using the result value of at least one of the wavelength and intensity of light,
The first step is carried out using a spectrometer,
The second step is a metal 3D printer monitoring method, characterized in that if the wavelength band of the second light is wide, it is a step of diagnosing that the metal powder is dispersed.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
분광기는 광섬유와 연결되고, 제2광은 광섬유를 통해 분광기로 유입되는 것을 특징으로 하는 금속 3D프린터 모니터링 방법.
The method according to claim 1,
A metal 3D printer monitoring method, characterized in that the spectrometer is connected to an optical fiber, and the second light is introduced into the spectrometer through the optical fiber.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
제2단계 수행 후에, 공정이상진단결과가 발생하면, 공정을 중단하거나 공정조건을 변경시키는 피드백단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 3D프린터 모니터링 방법.
The method according to claim 1,
After performing the second step, if a process abnormality diagnosis result occurs, a feedback step of stopping the process or changing the process conditions; Metal 3D printer monitoring method further comprising a.
청구항 1에 있어서,
제1단계는 파장응답특성이 다른 포토다이오드를 이용하거나 혹은 포토다이오드 및 파장필터를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 3D프린터 모니터링 방법.
The method according to claim 1,
The first step is a metal 3D printer monitoring method, characterized in that it is performed using a photodiode having different wavelength response characteristics, or using a photodiode and a wavelength filter.
청구항 7에 있어서,
포토다이오드는 제1포토다이오드 및 제2포토다이오드를 포함하고, 제1포토다이오드와 제2포토다이오드의 파장응답특성이 다르거나,
제2포토다이오드는 파장필터와 함께 위치하여 파장필터에 의해 필터링된 광을 수광하는 것을 특징으로 하는 금속 3D프린터 모니터링 방법.
8. The method of claim 7,
The photodiode includes a first photodiode and a second photodiode, and the wavelength response characteristics of the first photodiode and the second photodiode are different, or
A metal 3D printer monitoring method, characterized in that the second photodiode is positioned together with the wavelength filter to receive the light filtered by the wavelength filter.
청구항 7에 있어서,
포토다이오드는 복수개이고, 각각의 포토다이오드는 서로 다른 파장응답특성을 가지거나 서로 다른 파장필터를 포함하여 서로 다른 파장필터에 의해 필터링된 광을 수광하는 것을 특징으로 하는 금속 3D프린터 모니터링 방법.
8. The method of claim 7,
A metal 3D printer monitoring method, comprising a plurality of photodiodes, and each photodiode having different wavelength response characteristics or receiving light filtered by different wavelength filters including different wavelength filters.
청구항 9에 있어서,
서로 다른 파장필터는 300nm, 500nm 및 700nm 파장대역을 통과시키는 것을 특징으로 하는 금속 3D프린터 모니터링 방법.
10. The method of claim 9,
A metal 3D printer monitoring method, characterized in that the different wavelength filters pass the wavelength bands of 300 nm, 500 nm and 700 nm.
청구항 1항에 따른 금속 3D프린터 모니터링 방법을 수행하기 위한 금속 3D프린터 모니터링 장치로서,
프린팅 헤드로부터 조사된 제1광에 의해 용융되는 금속분말로부터 발생하는 제2광을 유입시키는 광유입부; 및
유입된 제2광의 파장 및 세기를 측정하는 광분석부;를 포함하는 금속 3D프린터 모니터링 장치로서,
광분석부는 분광기를 포함하고,
광분석부는 광의 파장 및 세기 중 적어도 하나의 결과값을 이용하여 3D프린터의 프린팅공정을 진단하되, 제2광의 파장대역이 넓으면 금속분말이 분산되어 있다고 진단하는 것을 특징으로 하는 금속 3D프린터 모니터링 장치.
A metal 3D printer monitoring device for performing the metal 3D printer monitoring method according to claim 1,
a light inlet for introducing a second light generated from the metal powder melted by the first light irradiated from the printing head; and
A metal 3D printer monitoring device comprising a; an optical analyzer for measuring the wavelength and intensity of the introduced second light,
The optical analysis unit includes a spectrometer,
The optical analysis unit diagnoses the printing process of the 3D printer by using the result value of at least one of the wavelength and intensity of the light, and diagnoses that the metal powder is dispersed when the wavelength band of the second light is wide. .
금속분말에 광을 조사하고 용융시켜 3D출력물을 제조하는 3D프린팅유닛; 및
청구항 11에 따른 금속 3D프린터 모니터링 장치를 포함하는 모니터링 유닛;을 포함하는 공정모니터링이 가능한 금속 3D프린터 시스템.
a 3D printing unit for producing 3D output by irradiating and melting metal powder with light; and
A metal 3D printer system capable of process monitoring including; a monitoring unit including a metal 3D printer monitoring device according to claim 11 .
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