KR101640050B1

KR101640050B1 - 3차원 조형물 제조장치

Info

Publication number: KR101640050B1
Application number: KR1020150188160A
Authority: KR
Inventors: 이정석; 주승환
Original assignee: (주)센트롤
Priority date: 2015-12-29
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2016-07-15
Also published as: US20170182596A1

Abstract

본 발명은 3차원 조형물 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분말이 작업테이블 상측에서 공급되도록 함으로써 전체적인 장비 사이즈를 축소시킬 수 있고, 분말공급이 자동으로 이루어지도록 함으로써 작업효율을 향상시킬 수 있는 3차원 조형물 제조장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 3차원 조형물 제조장치는 작업테이블의 상측에 설치되는 제1 가이드 빔; 상기 제1 가이드 빔에 수평방향 슬라이딩 이동가능하게 설치되며, 하단부에 상기 작업테이블에 분말을 토출하는 노즐부가 형성되는 디스펜서; 상기 제1 가이드 빔의 양단부 하측에 각각 설치되어 상기 제1 가이드 빔의 양단부로 슬라이딩 이동하여 오는 상기 디스펜서의 노즐부 입구를 막아 폐쇄시키는 제1, 2 받침대; 그리고, 상기 작업테이블과 상기 디스펜서 사이에 수평이동 가능하게 설치되어 상기 작업테이블에 공급되는 분말을 밀어 평탄화시키는 블레이드를 포함하여 이루어진다.

Description

3차원 조형물 제조장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING THREE DIMENSIONAL OBJECT}

본 발명은 3차원 조형물 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분말이 작업테이블 상측에서 공급되도록 함으로써 전체적인 장비 사이즈를 축소시킬 수 있고, 또한 분말공급이 자동으로 이루어지도록 함으로써 작업효율을 향상시킬 수 있는 3차원 조형물 제조장치에 관한 것이다.

근래 3차원(3 dimension; 3D) 데이터를 이용하여 목표하는 물건을 성형할 수 있는 3차원 프린터에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 복잡한 구조의 제품을 기획한 디자인대로 손쉽게 성형하여 제작할 수 있어 앞으로 3차원 프린터 시장은 매우 커질 것으로 기대된다.

이 중 분말을 사용하는 적층형 3차원 프린터는 분말을 30~150um 정도 얇게 펴고, 그 분말을 본딩용 수지로 본딩을 하거나 레이저를 사용하여 소결 또는 용융을 시켜 결합하고 다시 분말을 30~150um 정도 얇게 펴는 작업을 반복한다.

이러한 종래 적층형 3차원 프린터는 작업테이블 일측에 분말이 채워진 분말 스테이지를 별도로 설치하여 작업이 진행됨에 따라 분말 스테이지가 상승하면서 작업테이블에 분말이 연속적으로 공급되도록 하는 구조를 가진다.

따라서 종래 적층형 3차원 프린터는 제작하고자 하는 3차원 물품의 크기가 증가함에 따라 분말 스테이지의 크기 역시 증가시켜야 하므로 전체적인 장치 사이즈를 일정 이하로 축소할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 분말 스테이지 내부에 분말을 채워주기 위해 주기적으로 장비를 정지시키고, 분말을 재공급하는 작업을 해야하므로 작업효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 작업테이블의 상측에 설치되는 제1 가이드 빔; 상기 제1 가이드 빔에 수평방향 슬라이딩 이동가능하게 설치되며, 하단부에 상기 작업테이블에 분말을 토출하는 노즐부가 형성되는 디스펜서; 상기 제1 가이드 빔의 양단부 하측에 각각 설치되어 상기 제1 가이드 빔의 양단부로 슬라이딩 이동하여 오는 상기 디스펜서의 노즐부 입구를 막아 폐쇄시키는 제1, 2 받침대; 그리고, 상기 작업테이블과 상기 디스펜서 사이에 수평이동 가능하게 설치되어 상기 작업테이블에 공급되는 분말을 밀어 평탄화시키는 블레이드를 포함하여 이루어지는 3차원 조형물 제조장치를 제공한다.

여기서, 상기 제1 가이드 빔의 일측에는 제1 가이드 레일이 길이방향으로 설치되고, 상기 디스펜서의 일측에는 상기 제1 가이드 레일에 슬라이딩 이동 가능하게 결합되는 제1 가이드 블록이 설치된다.

여기서, 상기 제1, 2 받침대의 일단에는 수직방향으로 연장되어 상기 디스펜서의 일측면을 지지하는 제1, 2 서포팅 플레이트가 형성된다.

또한, 상기 제1, 2 서포팅 플레이트에는 상기 제1, 2 받침대에 쌓이는 분말을 외부로 배출시키기 위한 관통홀이 각각 형성되고, 상기 제1, 2 받침대의 하측에는 상기 작업테이블의 중앙부를 향해 하향경사지게 형성되어 상기 관통홀을 통해 배출되는 분말을 받아 작업테이블로 재공급하는 제1, 2 분말유도판이 설치될 수 있다.

한편, 상기 디스펜서의 내부에는 잔존 분말량을 측정하여 제어부로 전송하는 제1 센서가 설치되고, 상기 분말공급관에는 상기 디스펜서의 현재위치를 측정하여 상기 제어부로 전송하는 제2 센서가 설치되며, 상기 제1 가이드 빔의 일단부 상측에는 상기 제어부에 의해 개방되어 상기 디스펜서 내부로 분말을 공급하는 분말공급관이 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 3차원 조형물 제조장치는 분말이 작업테이블 상측에서 공급되도록 하기 때문에 종래와 같은 분말 스테이지를 필요로 하지 않는다. 따라서 전체적인 장비 사이즈를 축소시키는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 3차원 조형물 제조장치는 작업이 진행되는 동안 분말을 토출하는 디스펜서에 분말이 자동으로 공급되도록 한다. 따라서 종래와 같이 분말공급을 위해 작업을 중단할 필요가 없어 작업효율을 향상시킬 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 3차원 조형물 제조장치의 전체적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 3차원 조형물 제조장치의 동작상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 3차원 조형물 제조장치의 전체적인 구조를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 조형물 제조장치는 제1 가이드 빔(100)과, 디스펜서(200)(Dispenser)와, 제1, 2 받침대(300,400)와, 블레이드(500)(Blade)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1 가이드 빔(100)은 3차원 조형물이 제작되는 작업테이블(10)의 상측에 길이방향으로 설치된다. 작업테이블(10)은 제작공정이 진행될 때 상면에 금속, 합성수지, 모래 등과 같은 분말(P)(도 3참조)이 항상 동일한 높이로 적층될 수 있도록 상하 방향(Z축 방향) 승강가능한 구조를 가진다. 이를 위해 작업테이블(10)의 하측에는 스테핑 모터 등과 같은 구동장치(미도시)가 설치된다.

상기 디스펜서(200)는 상기 제1 가이드 빔(100)에 수평방향 슬라이딩 이동가능하게 설치되며, 하단부에는 작업테이블(10)에 분말(P)을 토출하는 노즐부(210)가 형성된다.

디스펜서(200)는 3차원 조형물 제작공정이 진행되는 동안 제1 가이드 빔(100)을 따라 수평방향으로 왕복이동(X축 방향)하며 노즐부(210)를 통해 내부에 채워진 분말(P)을 작업테이블(10)에 토출함으로써 작업테이블(10)에 분말(P)이 연속적으로 적층되도록 한다.

이러한 디스펜서(200)의 수평이동을 위해 상기 제1 가이드 빔(100)의 일측에는 제1 가이드 레일(110)이 길이방향으로 설치되고, 상기 디스펜서(200)의 일측에는 상기 제1 가이드 레일(110)에 슬라이딩 이동 가능하게 결합되는 제1 가이드 블록(220)이 설치된다.

또한, 제1 가이드 빔(100)의 일단에는 제1 가이드 블록(220)을 이동시키기 위한 제1 구동모터(120)가 설치된다. 따라서 제1 구동모터(120)에 의해 제1 가이드 블록(220)이 제1 가이드 레일(110)을 따라 이동을 시작하면 자연히 디스펜서(200)의 슬라이딩 이동이 이루어진다. 물론, 상술한 디스펜서(200)의 수평이동 구조는 이에 한정되는 것은 아니며, 리드 스크류 형태 등 다야한 변형이 가능하다.

상기 제1, 2 받침대(300,400)는 제1 가이드 빔(100)의 양단부 하측에 각각 설치되어 제1 가이드 빔(100)의 양단부로 슬라이딩 이동하여 오는 디스펜서(200)의 노즐부(210) 입구를 막아 폐쇄시킨다.

상술한 바와 같이 디스펜서(200)에 의해 작업테이블(10)의 상면에 분말(P)이 적층되면, 이하 설명할 블레이드(500)를 이용해 분말(P)을 밀어 평탄화시킨 후 레이저 등을 이용해 융용시켜 결합시키는 작업이 진행된다. 이러한 작업이 진행되는 동안 디스펜서(200)는 제1 가이드 빔(100)의 일단에 정지되는데, 이때 노즐부(210)를 통해 분말(P)이 작업테이블(10)에 토출되면 재료낭비 및 제품불량을 야기할 수 있으므로 제1 받침대(300) 및 제2 받침대(400)를 제1 가이드 빔(100)의 양단부에 각각 설치하여 제1 가이드 빔(100)의 양단부에서 디스펜서(200)의 노즐부(210)가 폐쇄되도록 한다.

이러한 제1, 2 받침대(300,400)의 일단에는 수직방향으로 연장되는 제1, 2 서포팅 플레이트(310,410)가 형성된다. 제1, 2 서포팅 플레이트(310,410)는 상술한 바와 같이 디스펜서(200)가 제1 가이드 빔(100)의 일단에 정지할 때 디스펜서(200)의 일측면을 지지하여 디스펜서(200)가 해당위치에 안정적으로 정지된 상태를 유지하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 3차원 조형물 제조장치의 동작상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.

또한, 상기 제1, 2 서포팅 플레이트(310,410)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1, 2 받침대(300,400)에 쌓이는 분말(P)을 외부로 배출시키기 위한 관통홀(311,411)이 각각 형성되고, 상기 제1, 2 받침대(300,400)의 하측에는 상기 관통홀(311,411)을 통해 배출되는 분말(P)을 받아 작업테이블(10)로 재공급하는 제1, 2 분말유도판(600,700)이 각각 설치된다.

디스펜서(200)는 정지된 상태에서 상술한 바와 같이 제1, 2 받침대(300,400)에 의해 노즐부(210)가 폐쇄되지만, 제1, 2 받침대(300,400)와 노즐부(210) 사이에 작은 간격이라도 존재하면 작업이 진행됨에 따라 소량의 분말(P)이 제1, 2 받침대(300,400)의 상면에 쌓이게 된다.

따라서, 디스펜서(200)가 제1, 2 받침대(300,400)로 이동하여 오면 제1, 2 받침대(300,400)에 쌓여 있는 분말(P)은 디스펜서(200)에 의해 밀려 제1, 2 서포팅 플레이트(310,410)측으로 이동하므로 제1, 2 서포팅 플레이트(310,410)에 관통홀(311,411)을 각각 형성시키고, 제1, 2 받침대(300,400)의 하측에 제1, 2 분말유도판(600,700)을 설치하면, 관통홀(311,411)을 통해 외부로 빠져나오는 분말(P)이 제1, 2 분말유도판(600,700)에 떨어진 후 작업테이블(10)로 재공급되어 분말낭비를 최소화할 수 있다.

여기서, 제1, 2 분말유도판(600,700)은 작업테이블(10)의 중앙부를 향해 하향경사지게 형성되어 상면으로 떨어지는 분말(P)이 자연히 작업테이블(10)로 재공급될 수 있도록 한다.

한편, 상기 제1 가이드 빔(100)의 일단부 상측에는 분말공급관(800)이 설치된다. 분말공급관(800)은 분말보관통(810)과 연결되어 디스펜서(200)가 제1 가이드 빔(100)의 일단에 정지되면, 디스펜서(200) 내부로 분말(P)을 공급한다. 따라서 작업이 진행되는 동안 분말공급관(800)을 통해 디스펜서(200) 내부에 분말이 지속적으로 공급되므로 종래와 같이 분말공급을 위해 작업을 중단시킬 필요가 없다.

여기서, 디스펜서(200)의 내부에는 잔존 분말량을 측정하여 제어부(미도시)로 전송하는 제1 센서(230)가 설치되고, 상기 분말공급관(800)에는 디스펜서(200)의 현재위치를 측정하여 상기 제어부로 전송하는 제2 센서(820)가 설치됨이 바람직하다.

제어부는 상기 제1, 2 센서(230,820)의 신호를 수신하여 디스펜서(200)가 분말공급관(800) 하측에 위치하고, 디스펜서(200) 내부의 잔존 분말량이 일정 이하일 경우 분말공급관(800)을 개방시킴과 동시에 진공펌프 등을 동작시켜 분말보관통(810)에 저장된 분말(P)이 분말공급관(800)을 통해 디스펜서(200) 내부에 채워지도록 한다. 이러한 과정은 3차원 조형물 제조공정이 진행되는 동안 반복적으로 진행된다.

상기 블레이드(500)는 작업테이블(10)과 디스펜서(200) 사이에 수평이동 가능하게 설치되어 상술한 바와 같이 디스펜서(200)에 의해 상기 작업테이블(10)에 공급되는 분말(P)을 밀어 평탄화시킨다.

구체적으로, 블레이드(500)는 작업테이블(10)에 분말(P)이 적층되면, 제1 가이드 빔(100)과 수직한 방향(Y축 방향)으로 설치되는 제2 가이드 빔(900)을 따라 수평방향 슬라이딩 이동하여 작업테이블(10)에 쌓이는 분말(P)을 밀어 평탄화시킨다. 이를 위해 제2 가이드 빔(900)에는 제2 가이드 레일(910)이 설치되고, 상기 블레이드(500)의 일단에는 제2 가이드 레일(910)을 따라 슬라이딩 이동하는 제2 가이드 블록(510)이 설치된다.

또한, 제2 가이드 빔(900)의 일단에는 제2 가이드 블록(510)을 이동시키기 위한 제 2구동모터(920)가 설치된다. 따라서 제2 구동모터(920)에 의해 제2 가이드 블록(510)이 제2 가이드 레일(910)을 따라 이동을 시작하면 자연히 블레이드(500)의 수평방향(Y축 방향) 슬라이딩 이동이 이루어진다. 물론, 이러한 블레이드(500)의 수평이동 구조 역시 이에 한정되는 것은 아니며, 리드 스크류 형태 등 다양한 변형이 가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 작업테이블 100: 제1 가이드 빔
110: 제1 가이드 레일 120: 제1 구동모터
200: 디스펜서 210: 노즐부
220: 제1 가이드 블록 300,400: 제1, 2 받침대
310,410: 제1, 2 서포팅 플레이트 311,411: 관통홀
500: 블레이드 510: 제2 가이드 블록
600,700: 제1, 2 분말유도판 800: 분말공급관
810: 분말보관통 230,820: 제1, 2 센서
900: 제2 가이드 빔 910: 제2 가이드 레일
920: 제2 구동모터 P: 분말

Claims

작업테이블의 상측에 설치되는 제1 가이드 빔;
상기 제1 가이드 빔에 수평방향 슬라이딩 이동가능하게 설치되며, 하단부에 상기 작업테이블에 분말을 토출하는 노즐부가 형성되는 디스펜서;
상기 제1 가이드 빔의 양단부 하측에 각각 설치되어 상기 제1 가이드 빔의 양단부로 슬라이딩 이동하여 오는 상기 디스펜서의 노즐부 입구를 막아 폐쇄시키는 제1, 2 받침대;
상기 제1, 2 받침대의 일단에 수직방향으로 연장되어 상기 디스펜서의 일측면을 지지하는 제1, 2 서포팅 플레이트;
상기 제1, 2 받침대에 쌓이는 분말을 외부로 배출시키기 위해 상기 제1, 2 서포팅 플레이트에 형성되는 관통홀;
상기 제1, 2 받침대의 하측에 상기 작업테이블의 중앙부를 향해 하향경사지게 형성되어 상기 관통홀을 통해 배출되는 분말을 받아 작업테이블로 재공급하는 제1, 2 분말유도판; 그리고,
상기 작업테이블과 상기 디스펜서 사이에 수평이동 가능하게 설치되어 상기 작업테이블에 공급되는 분말을 밀어 평탄화시키는 블레이드를 포함하여 이루어지는 3차원 조형물 제조장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 가이드 빔의 일측에는 제1 가이드 레일이 길이방향으로 설치되고,
상기 디스펜서의 일측에는 상기 제1 가이드 레일에 슬라이딩 이동 가능하게 결합되는 제1 가이드 블록이 설치되는 것을 특징으로 하는 3차원 조형물 제조장치.
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삭제
제1 항에 있어서,
상기 디스펜서의 내부에는 잔존 분말량을 측정하여 제어부로 전송하는 제1 센서가 설치되고,
분말공급관에는 상기 디스펜서의 현재위치를 측정하여 상기 제어부로 전송하는 제2 센서가 설치되며,
상기 제1 가이드 빔의 일단부 상측에는 상기 제어부에 의해 개방되어 상기 디스펜서 내부로 분말을 공급하는 분말공급관이 설치되는 것을 특징으로 하는 3차원 조형물 제조장치.