KR100384135B1

KR100384135B1 - 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식가변적층 쾌속조형 공정 및 장치

Info

Publication number: KR100384135B1
Application number: KR10-2001-0040212A
Authority: KR
Inventors: 양동열; 안동규; 이상호; 최홍석; 박승교
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-05-14
Also published as: US6702918B2; US20030006001A1; KR20030004638A

Abstract

본 발명은 쾌속조형 공정 및 장치에 관한 것으로, 단속적으로 공급되는 재료를 컴퓨터로 제어되는 4축 제어 방식의 선형 열절단 시스템으로 컴퓨터에서 생성된 절단 가공 데이터에 기초하여 가변길이, 가변 폭 및 가변 경사로 절단 한 후, 적층/접착할 수 있는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속조형 공정 및 장치에 관한 것이다.

Description

선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속조형 공정 및 장치{Transfer Type Variable Lamination Manufacturing by using Linear Heat Cutting System And Apparatus Thereof}

본 발명은 쾌속 조형 공정 및 그 공정을 수행하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 판재 형태의 재료를 단속적으로 공급한 뒤, 절단가공 데이터에 기초하여 가공작업을 수행할 수 있으며, 가공 중 각축방향 제어가 가능한 4자유도 선형 열절단 시스템으로 재료를 단위 형상층으로 정밀 절단 및 가공한 뒤, 순차적으로 적층 및 접착하여 비교적 단시간 내에 정밀한 제품을 조형할 수 있는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 공정 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 쾌속 조형 기술(Rapid Prototyping Technology)은 펄프지, 왁스, 합성수지, 금속재 등의 재료를 3차원 CAD 데이터에 기초하여 곧바로 3차원 형상의 시작품 또는 몰드로 조형하는 공정을 일컫는 것으로서, 최근에는 이에 사용되는 재료가 금속분말 및 금속와이어 등으로 발전하였다.

이러한, 기존의 쾌속조형 공정은 액체 상태의 재료를 레이저 광선을 조사하여 경화시켜 3차원 형상을 제조하는 경화법과, 입상(粒狀) 또는 층상(層狀)으로 된 고체 소재를 소망하는 형상으로 접합시켜 만드는 방법 등 크게 두 가지로 구분된다.

이 중 전자에 속하는 광조형법(Stereo Lithography, 이하 SLA)은 용기에 담긴 액체상태의 광경화성수지(Photo polymer)에 선택적으로 레이저빔을 조사하여 응고시키는 방식으로 한 층씩 계속적으로 적층해 나가는 방법이다.

이 방법에는 레이저빔을 국소적으로 조사하거나, 자외선 램프를 이용하여 한꺼번에 한 층씩을 조사시키는 두 가지 방식이 있으며, 가장 보편적으로 쓰이는 상용 쾌속조형 공정이다.

그러나, 공정중 응고된 광경화성수지가 경화시에 수축하게 되고, 이로 인하여 뒤틀림 현상이 발생하는 문제점이 있다.

아울러, 돌출부가 있는 부품을 제작하는 경우에는 경화된 수지가 아래로 떨어지지 않도록 하는 별도의 지지대가 필요하다.

또한, 재료로 이용되는 광경화성 수지는 강도가 비교적 떨어지기 때문에, 기능성 제품에 이용하기에는 한계가 있는 문제점이 있다.

한편 종래의 쾌속조형 공정중 분말 재료를 이용하여 형상을 제조하는 방법이 있는데, 그 중 하나가 선택적 레이저 소결(Selective Laser Sintering)조형 방법이며, 다른 하나는 3차원 프린팅(3 Dimensions Printing)공정이다.

이 중 상기 선택적 레이저 소결조형 공정에서는 합성수지류의 분말 재료를 도포하고, 레이저빔을 조사하여 분말을 결합하는 방식으로 제품을 제작한다.

아울러, 상기 합성수지 표면에 철분말을 도포하여 금속 부품이나 몰드(Mold)를 제작할 수 있다.

그러나 금속 부품이나 몰드의 제작에 있어서 소결 등의 후처리가 필요하며, 후처리 과정 중에 열변형에 의한 수축이 일어나므로 정밀도가 비교적 떨어지는 문제점이 있다.

그리고, 상기 3차원 프린팅 공정에서는 도포된 분말에 액체상태의 결합제를 선택적으로 뿌려서 제품을 제작하는데, 상기 분말로는 인베스트 캐스팅을 위한 세라믹 분말과, 녹말(Starch)성분을 기본으로 하는 분말재료를 이용한다.

이 공정에서도 제품의 밀도와 강도 증가를 위해 후처리가 필수적이며, 열변형에 의한 수축이 발생하는 문제점이 있다.

한편, 또 다른 쾌속조형 공정으로 박판재료 적층공정(Laminated Object Manufacturing Process, LOM)과 용착조형공정(Fused Deposition Manufacturing Process, FDM)이 있는데, 이 중 상기 박판재료 적층공정은 앎은 박판형태의 펄프지를 가열된 로울러를 이용하여 접착한 뒤, 레이저로 절단하는 과정을 반복하여 부품을 제작하게 된다.

이 방법은 재료가 펄프지이므로 운용비가 싸다는 장점이 있으나, 제작 후 제품을 분리하는데 비교적 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

아울러, 용착조형공정은 필라멘트 형태의 합성수지류 재료를 압출 금형과 유사한 형태의 가열된 노즐 사이로 통과시켜 용용 상태화 한 후 붙이는 방법으로 제품을 만드는데, 필라멘트 형태의 재료를 사용하기 때문에 표면조도가 비교적 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 제 1목적은 가공중 재료의 가변 폭 및 가변 길이를 제어하여 복잡한 형상의 제품을 보다 빠르고 정밀하게 조형할 수 있는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 공정 및 장치를 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 제 2목적은 서로 다른 두께를 갖는 다수의 재료를 단속적으로 공급할 수 있는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 공정 및 장치를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적들은, 링크 구조로 연결된 교차지점에 탄성체(21)를 구비하여 적층되는 판재 형태의 재료(10)를 떠받치는 접이식 다리(20);

떠받쳐진 상기 재료(10)를 압박 밀착하여 치차 결합되어 함께 구동하는 컨베이어 밸트(40)에 공급하는 마찰롤러(30);

상기 재료(10)의 이송 및 대기를 반복하는 컨베이어 밸트(40);

상기 재료(10)의 대기 시기에 대응하여 상향 이격하도록 상기 컨베이어 밸트 (40) 폭방향 양쪽으로 구축되어 승강하는 이격봉(50);

이격된 재료(10)를 단위 형상층(11)으로 절단 가공하는 4자유도의 열절단 시스템(60);

상기 이격봉(50)의 높이조절 및 상기 컨베이어 밸트(40)의 이송속도를 전기적으로 제어하며, 상기 선형 열절단 시스템(60)의 각 축방향 동작을 절단가공 데이터를 기초로 제어하는 컴퓨터(70); 및

각 단위 형상층(11)의 일면과 형상적으로 대응하는 각 단위 형상층(11)의 타면이 접착 및 적층되어 소정 형상을 이루도록 고정하는 조형 지그(80);로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 장치에 의하여 달성된다.

여기서, 상기 재료(10)는 상기 이격봉(50)이 끼워져 상향 이격될 수 있도록 테두리 영역에 다수의 이격공(10b)이 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 재료(10)는 단위 형상층(11)의 적층위치 고정을 위해 상기 조형 지그(80)에 구비된 적층봉(81)이 대응하여 삽입될 수 있도록 일측에 적층공 (10a)이 형성되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 선형 열절단 시스템(60)은 회동이 가능한 주축(61)과, 상기 주축(61) 일단에 힌지 결합된 부위를 중심으로 선회가 가능한 선회봉(62)과, 상기 선회봉(62) 양단에 일단이 링크 연결된 한쌍의 병진봉(63)과, 상기 병진봉(63) 타단 사이에 연결되는 열선(64)으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열선(64)은 인가되는 전류로 저항열을 발산하는 금속선재 또는 절단 가공을 위한 이산화탄소 레이져, 루비 레이져를 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 적층봉(81)은 다수개의 토막(81a)으로 분절되며, 서로간에 체결될 수 있도록 토막(81a) 일측 내부에는 암나사가, 타측 외부에는 대응하는 수나사가 형성되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기와 같은 본 발명의 목적들은 컴퓨터(70)에서 3차원 캐드 프로그램으로 제품을 모델링하고, 절단 경로 자동 프로그램으로 다수의 박판으로 슬라이싱(Slicing)하며, 측면 형상 복원 뒤 다시 슬라이싱하여 중간 단면을 얻은 후, 상기 중간 단면으로부터 생성되는 단위 형상 데이터를 기초로 하는 절단가공 데이터를 생성하는 단계(S100);

컨베이어 밸트(40)에 치차 결합된 마찰 롤러(30)의 이송속도를 제어하여 접이식 다리(20)에 떠받쳐져 있는 판재 형태의 재료(10)를 상기 컨베이어 밸트(40)에 단속적으로 공급하는 단계(S200);

재료(10)를 이송하는 상기 컨베이어 밸트(40)의 전원을 차단하여 이송을 중지한 뒤, 이격봉(50)을 상승시켜 상기 재료(10)를 지면과 수평이 되도록 이격하는 단계(S300);

상기 컴퓨터(70)로 선형 열절단 시스템(60)의 각축방향 작동을 제어하여 절단가공 데이터에 기초하는 단위 형상층(11)으로 절단 가공하는 단계(S400);

각각의 단위 형상층(11)의 각 일면과 형상적으로 대응하는 각 타면을 서로 접착하면서 조형지그(80)에 순차적으로 적층하여 제품을 조형하는 단계(S500);로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 공정에 의하여 달성된다.

여기서, 상기 적층봉(81)은 다수개의 토막(81a)으로 분절되며, 서로 간에 체결될 수 있도록 토막(81a) 일측 내부에는 암나사가, 타측 외부에는 대응하는 수나사가 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 장치의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 재료의 개념도,

도 3은 본 발명에 따른 선형 열절단 시스템의 재료 가공 개념도,

도 4는 본 발명에 따른 선형 열절단 시스템의 제어 공정도,

도 5는 본 발명에 따른 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 공정의 순서도이다.

< 도면의 주요부분에 따른 부호의 설명 >

10: 재료 10a: 적층공

10b: 이격공 11: 단위 형상층

20: 접이식 다리 21: 탄성체

22: 선회판 23: 받침판

30: 마찰롤러 31: 종동치차

40: 컨베이어 밸트 41: 구동치차

42: 직류모터 43: 지지대

50: 이격봉 51: 유압실린더

52: 유압공급조절기 53: 이격판

60: 선형 열절단 시스템 61: 주축

62: 선회봉 63: 병진봉

64: 열선 70: 컴퓨터

80: 조형지그 81: 적층봉

81a: 토막 82: 파티션

100: 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 장치

다음으로는 본 발명에 따른 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속조형 공정 및 장치의 구성에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 재료의 개념도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 조형 장치(100)는 재료(10) 공급을 위한 접이식 다리(20) 및 마찰 롤러(30)와, 재료(10) 이송을 위한 컨베이어 밸트 (40)와, 재료(10) 가공을 위한 선형 열절단 시스템(60) 및 제품 조형을 위한 조형지그 (80)등으로 이루어진다.

그리고, 상기 마찰롤러(30) 및 컨베이어 밸트(40)의 구동속도와, 상기 선형열절단 시스템(60)의 각 축방향 동작은 전기적으로 연결되는 컴퓨터(70)에 의해 제어될 수 있다.

여기서, 상기 접이식 다리(20)는 교차 지점이 링크 구조로 연결된 다수개의 선회판(22)과, 상기 교차 지점에 장착되어 완충역할을 하는 탄성체(21)로 이루어진다,

아울러, 상기 접이식 다리(20) 상부에는 역시 링크 구조로 연결되는 받침판 (23)이 구비되어 있는데, 상기 받침판(23) 상부에는 판재 형태를 하는 다수개의 재료(10)가 적층되어 있다.

그리고, 상기 마찰 롤러(30)는 일측에 결합된 종동치차(31)가 상기 컨베이어 밸트(40)의 구동치차(41)에 맞물리는 치차결합으로 회전하는데, 이때 상기 구동치차(41)에는 상기 컴퓨터(70)에 의해 구동속도 및 전원이 제어되는 직류 모터(42)가결합되어 있다.

이 때, 상기 마찰 롤러(30)는 상기 받침판(23)에 적층된 재료(10)를 사이에 두고 상기 접이식 다리(20)와 대치하는데, 상기 다리(20)에 장착된 탄성체(21)의 탄성력으로 상기 재료(10) 표면에 밀착될 수 있다.

따라서, 마찰 롤러(30)에 밀착된 재료(10)는 상기 롤러(30)의 회전방향을 따라 최상층을 이루는 재료(10)부터 상기 컨베이어 밸트(40)에 단속적으로 공급될 수 있다.

아울러, 상기 컨베이어 밸트(40)는 상기 마찰 롤러(30)에 의해 공급된 재료(10)를 일측에서부터 타측까지 이송하며, 안정적인 구동을 위해 2쌍의 지지대 (43)에 의해 지지되는데, 구동 중 일시적으로 재료(10)의 절단가공을 위한 대기(멈춤) 상태를 반복한다.

그리고, 상기 컨베이어 밸트(40) 폭 양쪽으로는 각 한쌍씩 총 두쌍의 이격봉(50)이 구축되어 있는데, 이러한 상기 이격봉(50)은 이격봉(50) 하단이 수직으로 고정되는 이격판(53)와, 상기 이격판(53)을 지면과 수평으로 상승 및 하강시키는 유압실린더(51)에 의해 상기 재료(10)를 수평으로 상향 이격할 수 있다.

이 때, 상기 유압실린더(51)는 일측에 연결되는 유압공급조절기(52)에 의해 유압을 공급받으며, 상기 유압공급조절기(52)는 컴퓨터(70)에 전기적으로 연결되어 유압공급 여부가 제어될 수 있다.

여기서, 상기 컨베이어 밸트(40)로 이송되던 재료(10)가 상기 이격봉(50) 상에 도달하게 되면, 상기 컴퓨터(70)는 내부에 온보드된 인버터(미도시)를 통해 상기 컨베이어 밸트(40)의 직류 모터(42) 전원을 차단하여 상기 재료(10)를 대기 상태로 있게 할 수 있다.

그러면, 상기 재료(10)는 상기 유압실린더(51)로 상승하게 되는 이격판(53) 및 이격봉(50)에 의해 상향 이격된다.

아울러, 이격된 상기 재료(10)는 상기 선형 열절단 시스템(60)에 의해 가공되는데, 이 때 컴퓨터(70)에서 생성된 절단가공 데이터를 기초로 하여 가공 길이, 폭, 측면경사 및 절단속도, 열선온도 등과 같은 가공변수를 가공 중에 제어하면서 절단 가공할 수 있다.

이러한, 상기 컴퓨터(70)는 윈도우즈 오퍼레이팅 시스템으로 운용되며, 인스톨된 3차원 캐드 프로그램을 구동하여 사후 완성될 제품을 미리 조형화한 뒤, 다수개의 박판(Sheet)으로 분할하는 슬라이싱(Slicing) 작업을 수행할 수 있다.

이와 같은 작업을 통해 상기 컴퓨터(70)는 상기 선형 열절단 시스템(60)의 각 축방향 동작을 제어할 수 있는 절단가공 데이터를 생성함으로써, 상기 선형 열절단 시스템(60)으로 하여금 보다 정밀한 절단가공을 수행하도록 할 수 있다.

한편, 상기 재료(10)는 이와 같이 동작하는 상기 선형 열절단 시스템(60)에 의해 단위 형상층(11)으로 절단 가공되는데, 각각의 단위 형상층(11)은 각 일면에 소정량의 접착제가 도포되어 이에 형상적으로 대응하는 각 타면이 접착 및 적층될 수 있다.

이 때, 상기 단위 형상층(11)의 접착 및 적층은 상기 조형지그(80) 상에서 이루어짐으로써, 하나의 제품으로 조형될 수 있다.

여기서, 상기 조형 지그(80)는 2개의 파티션(82)으로 2개의 단을 이루며, 상기 파티션(82)에 수직으로 결합된 적층봉(81)을 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 적층봉(81)은 다수개의 단위 토막(81a)으로 분절되며, 상기 토막(81a) 일측 내부에는 암나사가 형성되고, 타측 외부에는 대응하는 수나사가 형성되어 서로 간에 체결될 수 있으며, 이를 통해 높낮이가 조절될 수 있다.

따라서, 상기 단위 토막(81a)간의 계속적인 체결로 적층되는 상기 단위 형상층(11)의 분량에 상관없이 제품이 조형될 수 있다.

아울러, 상기 재료(10)는 도 2에서와 같이, 가공된 단위 형상층(11)에 포함되도록 가공의 범위에서 벗어나 있는 1개의 적층공(10a)을 포함하고 있는데, 상기 적층공(10a)은 상기 조형지그(80)에 적층되는 상기 단위 형상층(11)이 그 형상을 유지하도록 상기 적층봉(81)이 끼워질 수 있다.

또한, 상기 재료(10)에는 상기 적층공(10a) 외에 네 귀퉁이에 1개씩 총 4개의 이격공(10b)이 형성되어 있는데, 상기 이격봉(50)은 하단으로 갈수록 그 직경이 커지는 형상이기 때문에, 상기 이격공(10b)에 일정한 유격을 두고 끼워져 상기 재료(10)의 가공 위치를 고정할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 선형 열절단 시스템의 재료 가공 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 선형 열절단 시스템의 제어 공정도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 선형 열절단 시스템(60)은 주축(61)과, 상기 주축(61) 일단에 힌지 결합되는 선회봉(62)과, 상기 선회봉(62) 양단에 링크 연결된 한쌍의 병진봉(63)과, 상기 병진봉(63) 타단 사이에 연결되는 열선(64)으로 이루어진다.

여기서, 상기 주축(61)은 시계방향 또는 반시계방향으로 360°회전운동이 가능하며, 상기 주축(61)에 힌지 결합되는 선회봉(62)은 힌지 결합되는 부분을 중심으로 선회가 가능한데, 그 선회각도는 상기 주축(61)에 수직한 직선을 기준으로 하여 약 -65°에서 +65°정도이다.

아울러, 한쌍의 상기 병진봉(63)은 상기 선회봉(62)의 양단에 링크 연결되어 상기 선회봉(62)의 선회에 따라 전후로 병진운동을 할 수 있다.

그리고, 상기 병진봉(63) 사이에는 열선(64, Hot-Wire)이 구비되는데, 상기 열선(64)은 상기 재료(10)를 단위 형상층(11)으로 절단 가공할 수 있다.

이러한, 상기 열선(64)으로는 인가되는 전류로 저항열을 발산하는 금속선재를 사용하거나 이산화탄소 레이져 또는 루비 레이져와 같이 통상적으로 절단용으로 사용되는 절단용 레이져를 이용한다.

이와 같이 구성된 상기 선형 열절단 시스템(60)은 4축 동작 제어방식으로서, 각각의 축방향 동작이 컴퓨터(70)에서 캐드 프로그램으로 생성되는 절단가공 데이터에 기초하여 제어될 수 있으며, 상기 열선(64)의 온도 또한 가공될 재료(10)의 물성치에 기초하여 변경될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 공정에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 조형 공정은 크게 5단계의 공정으로 이루어지는데, 각 단계별 공정을 설명하면 다음과 같다.

윈도우즈 오퍼레이팅 시스템으로 운용되는 컴퓨터(70)에서 미리 제품을 조형화하는 과정을 거쳐 절단가공 제어의 기초가 되는 절단가공 데이터를 생성하게 된다.

이를 세부적으로 살펴보면 우선, 상기 컴퓨터(70)에서는 3차원 캐드 프로그램을 사용하여 제품을 모델링하고, 인스톨된 절단 경로 자동 프로그램을 구동하여 조형화될 제품을 미리 다수의 박판으로 분할하는 슬라이싱(Slicing) 작업을 하게 된다.

아울러, 상기 조형화할 제품의 측면 형상까지 복원한 뒤 다시 슬라이싱하여 중간 단면을 얻는다.

그리고, 상기 중간 단면으로부터 생성되는 단위 형상 데이터를 기초로 하여 최종적으로 절단가공 데이터를 생성하게 된다.(S100)

다음으로 컨베이어 밸트(40)에 치차 결합되어 회전하는 마찰 롤러(30)의 이송속도를 제어하여 접이식 다리(20)에 떠받쳐져 있는 판재 형태의 재료(10)를 상기 컨베이어 밸트(40)에 단속적으로 공급한다.

이 때, 상기 접이식 다리(20)는 교차 연결지점에 탄성체(21)를 장착하여 상부에 적층되는 다수의 재료(10)를 상기 마찰 롤러(30)에 밀착되도록 떠받침으로써, 마찰 롤러(30)의 회전으로 상기 재료(10)가 1장씩 상기 컨베이어 밸트(40)에 공급되도록 할 수 있다.(S200)

아울러, 상기 컨베이어 밸트(40)의 전원을 차단하여 이송되는 재료(10)를 멈춰 대기시킨 뒤, 이격봉(50)을 상승시켜 상기 재료(10)를 지면과 수평이 되도록 이격한다.

여기서, 상기 재료(10)에는 상기 이격봉(50)에 대응되는 이격공(10b)이 형성되어 있기 때문에, 상기 이격봉(50)이 상승하면서 상기 이격공(10b)에 끼워질 수 있다.

이 때, 상기 이격봉(50)은 하단으로 갈수록 직경이 커지기 때문에, 상기 이격공(10b)을 완전히 관통하지 않도록 끼워져 이격되는 상기 재료(10)를 고정시킬 수 있다.(S300)

아울러, 이격된 상기 재료(10)는 상기 컴퓨터(70)에서 생성된 절단가공 데이터를 절단 가공의 기초로 하여 각축방향이 제어되는 선형 열절단 시스템(60)에 의해 절단 가공된다.

이러한, 상기 선형 열절단 시스템(60)은 4축 제어 방식의 링크기구로서, 회전운동을 하는 주축(61) 일단에 선회봉(62)이 연결되고, 상기 선회봉(62) 양단으로 한쌍의 병진봉(63)이 링크 결합되며, 상기 병진봉(63) 사이에 열선(64)이 구비된다

그리고, 상기 열선(64)은 인가되는 전류로 저항열을 발생하는 일종의 금속선재 또는 절단용으로 사용되는 이산화탄소 레이져 또는 루비 레이져로서, 상기 각축의 연동을 통해 상기 재료(10)를 단위 형상층(11)으로 절단할 수 있다.(S400)

아울러, 절단 가공된 각각의 단위 형상층(11)의 각 일면에 접착제를 도포하여 이에 형상적으로 대응하는 각 타면을 접착하여 조형지그(80) 위에 순차적으로적층함으로써, 제품을 조형할 수 있다.

이 때, 상기 조형지그(80) 상에 형성된 적층봉(81)이 상기 각각의 단위 형상층(11)에 형성된 적층공(10a)에 끼워짐으로써, 조형될 형상이 흐트럼짐 없이 유지될 수 있다.(S500)

이와 같이 구성된 상기 조형장치(100)에서 상기 유압실린더(51) 외에, 전기로 구동되는 모터가 사용될 수 있다.

아울러, 상기 열선(64)은 인가되는 전류로 저항열을 발생하는 금속선재 및 절단용으로 사용되는 이산화탄소 레이져, 루비 레이져 외에, 고온을 발산하는 플라즈마, 히트가스(Heat Gas), 히트빔(Heat Beam) 중에서 임의로 선택하여 사용할 수 있다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 공정 및 장치에 따르면, 재료의 단속적, 순차적으로 공급과, 재료의 절단 가공과정이 컴퓨터에 의해 제어될 수 있기 때문에, 가공시간이 비교적 단축되어 작업성이 향상되는 효과가 있다.

아울러, 가공길이, 폭, 경사 등과 같은 가공변수들이 공정 중에 제어될 수 있도록 하기 위해 선형 열절단 시스템의 각축방향 동작이 절단가공 데이터에 기초하여 컴퓨터로 제어됨으로써, 보다 정밀한 가공이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 가공된 단위 형상층에 대한 후처리가 필요없기 때문에, 부수적으로 소요되는 가공시간을 단축할 수 있다.

특히, 3축 혹은 5축 절삭가공으로 제작이 불가능한 복잡한 3차원 형상을 비교적 단시간 내에 제작할 수 있기 때문에, 각종 산업용 및 공학용 부품과 더불어 상업용 캐릭터의 제작에 적합한 특징이 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims

링크 연결된 교차지점에 탄성체(21)를 구비하여 적층되는 판재 형태의 재료 (10)를 떠받치는 접이식 다리(20);

떠받쳐진 상기 재료(10)를 압박 밀착하여 치차 결합되어 함께 구동하는 컨베이어 밸트(40)에 공급하는 마찰롤러(30);

상기 재료(10)의 이송 및 대기를 반복하는 컨베이어 밸트(40);

상기 재료(10)의 대기 시기에 대응하여 상향 이격하도록 상기 컨베이어 밸트 (40) 폭 방향 양쪽으로 구축되어 승강하는 이격봉(50);

이격된 재료(10)를 단위 형상층(11)으로 절단 가공하는 선형 열절단 시스템 (60);

상기 이격봉(50)의 높이조절 및 상기 컨베이어 밸트(40)의 이송속도를 전기적으로 제어하며, 상기 선형 열절단 시스템(60)의 각 축방향 동작을 절단가공 데이터를 기초로 제어하는 컴퓨터(70); 및

각 단위 형상층(11)의 일면과 형상적으로 대응하는 각 단위 형상층(11)의 타면이 접착 및 적층되어 소정 형상을 이루도록 고정하는 조형 지그(80);로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 장치.
제 1항에 있어서,

상기 재료(10)는 상기 이격봉(50)이 끼워져 상향 이격될 수 있도록 테두리 영역에 다수의 이격공(10b)이 형성되는 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 장치
제 1항에 있어서,

상기 재료(10)는 상기 단위 형상층(11)의 적층위치 고정을 위해 상기 조형 지그(80)에 구비된 적층봉(81)이 대응하여 삽입될 수 있도록 일측에 적층공(10a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 장치
제 1항에 있어서,

상기 선형 열절단 시스템(60)은 회동이 가능한 주축(61)과, 상기 주축(61) 일단에 힌지 결합된 부위를 중심으로 선회가 가능한 선회봉(62)과, 상기 선회봉 (62) 양단에 일단이 링크 연결된 한쌍의 병진봉(63)과, 상기 병진봉(63) 타단 사이에 연결되는 열선(64)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 장치
제 4항에 있어서,

상기 열선(64)은 인가되는 전류로 저항열을 발산하는 금속선재인 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형장치
제 4항에 있어서,

상기 열선(64)은 절단 가공을 위한 이산화탄소 레이져, 루비 레이져를 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 장치.
제 3항에 있어서,

상기 적층봉(81)은 다수개의 토막(81a)으로 분절되며, 서로 간에 체결될 수 있도록 토막(81a) 일측 내부에는 암나사가, 타측 외부에는 대응하는 수나사가 형성되는 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 장치.
컴퓨터(70)에서 3차원 캐드 프로그램으로 제품을 모델링하고, 절단 경로 자동 프로그램으로 다수의 박판으로 슬라이싱(Slicing)하며, 측면 형상 복원 뒤 다시 슬라이싱하여 중간 단면을 얻은 후, 상기 중간 단면으로부터 생성되는 단위 형상 데이터를 기초로 하는 절단가공 데이터를 생성하는 단계(S100);

컨베이어 밸트(40)에 치차 결합된 마찰 롤러(30)의 이송속도를 제어하여 접이식 다리(20)에 떠받쳐져 있는 판재 형태의 재료(10)를 상기 컨베이어 밸트(40)에 단속적으로 공급하는 단계(S200);

재료(10)를 이송하는 상기 컨베이어 밸트(40)의 전원을 차단하여 이송을 중지한 뒤, 이격봉(50)을 상승시켜 상기 재료(10)를 지면과 수평이 되도록 이격하는 단계(S300);

상기 컴퓨터(70)로 상기 선형 열절단 시스템(60)의 각축방향 작동을 제어하여 절단가공 데이터에 기초하는 단위 형상층(11)으로 절단 가공하는 단계(S400);

각각의 단위 형상층(11)의 각 일면과 형상적으로 대응하는 각 타면을 서로 접착하면서 조형지그(80)에 순차적으로 적층하여 제품을 조형하는 단계(S500);로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 공정.
제 8항에 있어서,

상기 재료(10)는 상기 이격봉(50)이 끼워져 상향 이격될 수 있도록 테두리 영역에 다수의 이격공(10b)이 형성되는 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 공정.
제 8항에 있어서,

상기 재료(10)는 상기 단위 형상층(11)의 적층위치 고정을 위해 상기 조형 지그(80)에 구비된 적층봉(81)이 대응하여 삽입될 수 있도록 일측에 적층공(10a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 공정.
제 8항에 있어서,

상기 선형 열절단 시스템(60)은 회동이 가능한 주축(61)과, 상기 주축(61) 일단에 힌지 결합된 부위를 중심으로 선회가 가능한 선회봉(62)과, 상기 선회봉 (62) 양단에 일단이 링크 연결된 한쌍의 병진봉(63)과, 상기 병진봉(63) 타단 사이에 연결되는 열선(64)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 공정.
제 11항에 있어서,

상기 열선(64)은 인가되는 전류로 저항열을 발산하는 금속선재인 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 공정.
제 11항에 있어서,

상기 열선(64)은 절단 가공을 위한 이산화탄소 레이져, 루비 레이져를 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 공정.
제 10항에 있어서,

상기 적층봉(81)은 다수개의 토막(81a)으로 분절되며, 서로 간에 체결될 수있도록 토막(81a) 일측 내부에는 암나사가, 타측 외부에는 대응하는 수나사가 형성되는 것을 특징으로 하는 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식 가변적층 쾌속 조형 공정.