KR101498679B1

KR101498679B1 - 전자총을 이용한 3차원 프린팅 헤드와 이에 따른 3차원 프린터

Info

Publication number: KR101498679B1
Application number: KR20130144655A
Authority: KR
Inventors: 정재석
Original assignee: 정재석
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-03-11

Abstract

본 발명은 3차원 프린팅 헤드에 관한 것으로 특히, 전자빔을 조사하고 조사되는 전자빔에 유도되어 배열되는 연료를 소결하는 레이저 장치를 갖도록 하여 한정된 크기의 3D프린팅만 가능했던 종래의 환경에서 벗어나 크기가 큰 물체의 3D 프린팅도 가능하도록 하기 위한 전자총을 이용한 3차원 프린팅 헤드와 이에 따른 3차원 프린터에 관한 것이다.

Description

전자총을 이용한 3차원 프린팅 헤드와 이에 따른 3차원 프린터{3-D printing head using an electron gun and the resulting 3-D printer}

본 발명은 3차원 프린팅 헤드에 관한 것으로 특히, 전자빔을 조사하고 조사되는 전자빔에 유도되어 배열되는 연료를 소결하는 레이저 장치를 갖도록 하는 방식으로써 종래의 대표적인 금속3D 프린팅 방식인 SLS(selective laser sintering)선택적 레이저 소결방식 혹은 DMLS(Direct Metal Laser Sintering)직접 금속 레이저 소결방식과 차별되는 방식으로 본 발명에 의한 3차원 프린팅 헤드 기술을 적용하면 재료가 분사 되고 물질이 단계단계 쌓일 때 바로 레이저 소결을 하고 이를 반복하는 방식으로 기존의 금속 3D 프린터의 방식보다 빠른 출력물을 가져올 수 있고

또한 기존의 한정된 프레임 안에서만 적층 가능했던 방식의 3D 프린팅 환경에서 벗어나 크기가 큰 물체의 3D 프린팅도 가능하도록 하기 위한 전자총을 이용한 3차원 프린팅 헤드와 이에 따른 3차원 프린터에 관한 것이다.

일반적으로, 3차원 프린터는 재료의 연속적인 레이어를 2차원 프린터와 같이 출력하여 이를 적층함으로써 대상물을 만드는 제조 기술이다.

3차원 프린터는 디지털화된 도면 정보를 바탕으로 빠르게 대상물을 제작할 수 있어서 프로토 타입 샘플 제작 등에 주로 사용되는데, 3차원 프린터를 구현하는 방법으로는 크게 UV(Ultraviolet) 레이저를 액체 재료막 위에 갈바노미터 등을 이용 조사하여 재료를 경화시켜 적층시키는 방법과, 잉크젯 헤드를 이용하여 재료 잉크를 떨어뜨리고 경화시켜 적층시키는 방법, 및 프로젝터를 이용하여 UV 광을 원하는 패턴으로 재료 층에 조사하여 경화시켜 적층시키는 방법으로 크게 구분된다.

3차원 프린터는 제작 혹은 출력하고자 하는 대상물의 크기에 맞춰 제품 크기가 결정되는 데, 3차원 프린터가 재료를 경화시키기 위해 UV 레이저나 UV 광 혹은 잉크를 떨어뜨릴 수 있는 공간 범위는 설계 범위를 벗어 날 수 없기 때문이다.

따라서 각 3차원 프린터는 자체의 설계범위에 한정된 크기의 3D프린팅만 가능하였고, 설계범위가 큰 3차원 프린터는 상대적으로 설계범위가 작은 3차원 프린터에 비하여 매우 고가이기 때문에 실제적으로 설계범위가 큰 3차원 프린터를 구비하고 있는 업체들도 매우 적다는 현실적 문제점이 발생되었다.

따라서 보다 저렴한 가격으로 설계범위가 큰 3차원 프린터를 제공하여야 한다는 요구가 대두되었다.

상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은, 3차원 프린팅 헤드에 관한 것으로 특히, 전자빔을 조사하고 조사되는 전자빔에 유도되어 배열되는 연료를 소결하는 레이저 장치를 갖도록 하여 한정된 크기의 3D프린팅만 가능했던 종래의 환경에서 벗어나 빠른 속도로 크기가 큰 물체의 3D 프린팅도 가능하도록 하기 위한 전자총을 이용한 3차원 프린팅 헤드와 이에 따른 3차원 프린터를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자총을 이용한 3차원 프린팅 헤드의 특징은, 전류발생시 조사방향의 임의 지점으로 전자를 발사하기 위해 CRT모니터에 사용되던 전자총의 구조를 가지는 전자빔 조사부와; 상기 전자빔 조사부의 둘레를 감싸앉는 형상을 가지면 외부로부터 주입되는 연료를 분사하는 연료분사부와; 상기 연료분사부의 둘레에 위치하는 원형 휠; 및 상기 원형 휠을 따라 상기 연료분사부의 둘레를 공전하며 상기 연료분사부에서 분사되는 연료 중 전자기에 반응하는 재료가 상기 전자빔 조사부에서 발사한 전자의 패턴에 의해 임의 배열 패턴화되어진 것을 소결해주기 위한 레이져 장치를 포함하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자총을 이용한 3차원 프린팅 헤드를 이용한 3차원 프린터의 특징은, 3D원료가 안착되는 평탄 상부면을 갖는 바닥부와, 소정의 이격거리를 가지며 상기 바닥부에 대향 대응하는 평탄 하부면을 갖는 천장부를 갖는 3차원 프린터에 있어서: 상기 천장부의 평탄 하부면에 위치하며 상기 천장부의 평탄 하부면을 기준으로 X축과 Y축으로 이동 가능한 이송판과, 전자빔을 조사하고 조사되는 전자빔에 유도되어 배열되는 연료를 소결하는 레이저 장치를 갖는 3D프린팅헤드, 및 상기 3D프린팅헤드와 상기 이송판을 연결하며 상기 이송판을 기준으로 상기 3D프린팅헤드를 상하로 이송하는 높낮이 조절 지지부로 구성되는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자총을 이용한 3차원 프린팅 헤드를 이용한 3차원 프린터의 부가적인 특징으로, 상기 3D프린팅헤드는 전류발생시 상기 바닥부의 임의 지점으로 전자를 발사하기 위해 CRT모니터에 사용되던 전자총의 구조를 가지는 전자빔 조사부와; 상기 전자빔 조사부의 둘레를 감싸앉는 형상을 가지면 외부로부터 주입되는 연료를 분사하는 연료분사부와; 상기 연료분사부의 둘레에 위치하는 원형 휠; 및 상기 원형 휠()을 따라 상기 연료분사부의 둘레를 공전하며 상기 연료분사부에서 분사되는 연료 중 전자기에 반응하는 재료가 상기 전자빔 조사부에서 발사한 전자의 패턴에 의해 임의 배열 패턴화되어진 것을 소결해주기 위한 레이져 장치로 구성되는 데 있다.

상술한 본 발명에 따른 특징으로 인해 기대되는 효과로는, 한정된 크기의 3D프린팅만 가능했던 종래의 환경에서 벗어나 크기가 큰 물체의 3D 프린팅도 가능해 진다.

도 1은 본 발명에 따른 전자총을 이용한 3차원 프린팅 헤드와 이에 따른 3차원 프린터의 요부 사시도

발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 전자총을 이용한 3차원 프린팅 헤드와 이에 따른 3차원 프린터의 요부 사시도로써, 3D원료가 안착되는 평탄 상부면을 갖는 바닥부(10)와, 소정의 이격거리를 가지며 상기 바닥부(10)에 대향 대응하는 평탄 하부면을 갖는 천장부(20)와, 상기 천장부(20)의 평탄 하부면에 위치하며 상기 천장부(20)의 평탄 하부면을 기준으로 X축과 Y축으로 이동 가능한 이송판(40)과, 전자빔을 조사하고 조사되는 전자빔에 유도되어 배열되는 연료를 소결하는 레이저 장치를 갖는 3D프린팅헤드(50), 및 상기 3D프린팅헤드(50)와 상기 이송판(40)을 연결하며 상기 이송판(40)을 기준으로 상기 3D프린팅헤드(50)를 상하로 이송하는 높낮이 조절 지지부(60)로 구성되어진다.

이때 상기 바닥부(10)와 천장부(20)는 지지부(30)에 의해 위치 고정되어진다.

또한 상기 3D프린팅헤드(50)는 전류발생시 상기 바닥부(20)의 임의 지점으로 전자를 발사하기 위해 CRT모니터에 사용되던 전자총의 구조를 가지는 전자빔 조사부(51)와, 상기 전자빔 조사부(51)의 둘레를 감싸앉는 형상을 가지면 외부로부터 주입되는 연료를 분사하는 연료분사부(52)와, 상기 연료분사부(52)의 둘레에 위치하는 원형 휠(53), 및 상기 원형 휠(53)을 따라 상기 연료분사부(52)의 둘레를 공전하며 상기 연료분사부(52)에서 분사되는 연료 중 전자기에 반응하는 재료가 상기 전자빔 조사부(51)에서 발사한 전자의 패턴에 의해 임의 배열 패턴화되어진 것을 소결해주기 위한 레이져 장치(54)로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전자총을 이용한 3차원 프린팅 헤드와 이에 따른 3차원 프린터의 동작을 살펴보면, 본 발명은 CRT 모니터 안에 탑재 되어 CRT모니터 안에서 디스플레이 화면에 전자를 투영해 주던 전자총(Electronic gun)의 구조를 3D 프린팅 기술에 응용한 발명이다.

전자빔 조사부(51)에 전류를 주면 전자빔 조사부(51)내의 전자총에서 전자를 상기 바닥부(10)의 평탄 상부면에 발사한다.

발사된 전자는 전자빔 조사부(51)를 둘러싸고 있는 연료분사부(52)에서 상기 바닥부(10)의 평탄 상부면으로 조사하는 전자에 반응하는 연료의 배열 및 패턴을 임의 이동시키고, 이동이 된 재료들에 대해 고출력의 레이져 장치(54)는 레이져를 분사해서 소결을 시킨다.

이때 상기 연료분사부(52)를 둘러싸고 있으며 상기 레이져 장치(54)의 이동이 가능하게 해주는 원형 휠(53)이 구비되며, 상술한 바와같이 동작하는 3D프린팅헤드(50)는 이송판(40)과 높낮이 조절 지지부(60)에 의해 상기 바닥부(10)와 천장부(20) 및 지지부(30)로 이루어진 공간에서 3차원 좌표 이송이 가능해진다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

10 : 바닥부 20 : 천장부
30 : 지지부 40 : 이송판
50 : 3D프린팅헤드 51 : 전자빔 조사부
52 : 연료분사부 53 : 원형 휠
54 : 레이져 장치 60 : 높낮이 조절 지지부

Claims

전류발생시 조사방향의 임의 지점으로 전자를 발사하기 위해 CRT모니터에 사용되던 전자총의 구조를 가지는 전자빔 조사부와;
상기 전자빔 조사부의 둘레를 감싸앉는 형상을 가지면 외부로부터 주입되는 연료를 분사하는 연료분사부와;
상기 연료분사부의 둘레에 위치하는 원형 휠; 및
상기 원형 휠을 따라 상기 연료분사부의 둘레를 공전하며 상기 연료분사부에서 분사되는 연료 중 전자기에 반응하는 재료가 상기 전자빔 조사부에서 발사한 전자의 패턴에 의해 임의 배열 패턴화되어진 것을 소결해주기 위한 레이져 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자총을 이용한 3차원 프린팅 헤드.
3D원료가 안착되는 평탄 상부면을 갖는 바닥부와, 소정의 이격거리를 가지며 상기 바닥부에 대향 대응하는 평탄 하부면을 갖는 천장부를 갖는 3차원 프린터에 있어서:
상기 천장부의 평탄 하부면에 위치하며 상기 천장부의 평탄 하부면을 기준으로 X축과 Y축으로 이동 가능한 이송판과;
전자빔을 조사하고 조사되는 전자빔에 유도되어 배열되는 연료를 소결하는 레이저 장치를 갖는 3D프린팅헤드; 및
상기 3D프린팅헤드와 상기 이송판을 연결하며 상기 이송판을 기준으로 상기 3D프린팅헤드를 상하로 이송하는 높낮이 조절 지지부로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제 2항에 있어서,
상기 3D프린팅헤드는 전류발생시 상기 바닥부의 임의 지점으로 전자를 발사하기 위해 CRT모니터에 사용되던 전자총의 구조를 가지는 전자빔 조사부와;
상기 전자빔 조사부의 둘레를 감싸앉는 형상을 가지면 외부로부터 주입되는 연료를 분사하는 연료분사부와;
상기 연료분사부의 둘레에 위치하는 원형 휠; 및
상기 원형 휠을 따라 상기 연료분사부의 둘레를 공전하며 상기 연료분사부에서 분사되는 연료 중 전자기에 반응하는 재료가 상기 전자빔 조사부에서 발사한 전자의 패턴에 의해 임의 배열 패턴화되어진 것을 소결해주기 위한 레이져 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.