KR101802197B1 - 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터 - Google Patents

유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터 Download PDF

Info

Publication number
KR101802197B1
KR101802197B1 KR1020160037462A KR20160037462A KR101802197B1 KR 101802197 B1 KR101802197 B1 KR 101802197B1 KR 1020160037462 A KR1020160037462 A KR 1020160037462A KR 20160037462 A KR20160037462 A KR 20160037462A KR 101802197 B1 KR101802197 B1 KR 101802197B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
alternating current
unit
temperature sensor
shaping plate
dimensional
Prior art date
Application number
KR1020160037462A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170111623A (ko
Inventor
이상범
김원석
박보라
김신욱
Original Assignee
주식회사 큐비콘
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 큐비콘 filed Critical 주식회사 큐비콘
Priority to KR1020160037462A priority Critical patent/KR101802197B1/ko
Publication of KR20170111623A publication Critical patent/KR20170111623A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101802197B1 publication Critical patent/KR101802197B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/295—Heating elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/12—Dielectric heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/232—Driving means for motion along the axis orthogonal to the plane of a layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/236—Driving means for motion in a direction within the plane of a layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/241—Driving means for rotary motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B29C64/273—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB] pulsed; frequency modulated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C67/00—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
    • B29C67/0029—Cold deforming of thermoplastics material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C67/00—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
    • B29C67/24—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00 characterised by the choice of material
    • B29C67/242—Moulding mineral aggregates bonded with resin, e.g. resin concrete
    • B29C67/245—Moulding mineral aggregates bonded with resin, e.g. resin concrete for making articles of indefinite length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/30—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers
    • B32B27/308—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers comprising acrylic (co)polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/14—Tools, e.g. nozzles, rollers, calenders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0811—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using induction
    • B29C2035/0816—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using induction using eddy currents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2055/00—Use of specific polymers obtained by polymerisation reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, not provided for in a single one of main groups B29K2023/00 - B29K2049/00, e.g. having a vinyl group, as moulding material
    • B29K2055/02—ABS polymers, i.e. acrylonitrile-butadiene-styrene polymers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Toxicology (AREA)

Abstract

본 발명은 3차원 조형물이 형성되는 베드를 고주파 유도 가열 방식을 이용하여 가열할 수 있는 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터에 관한 것으로, 3차원 조형물을 형성하기 위한 원료를 압출하는 압출부; 상기 압출부를 x축, y축 및 z축으로 이동시키는 이송부; 상기 3차원 조형물이 상부에 형성되는 조형판; 상기 조형판 내부에 배치되어 온도를 측정하는 온도센서; 상기 조형판의 전영역을 가열 가능하도록 상기 조형판의 하부에 마련되는 자력발생 코일; 상기 자력발생 코일에 교류 전류를 공급하는 인버터부; 및 상기 이송부의 이동 정도를 제어하고, 상기 온도센서에서 측정된 온도에 따라 상기 인버터부가 공급하는 교류 전류의 출력을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터{THREE DIMENSIONAL PRINTER USING INDUCTION HEATING BED}
본 발명은 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 3차원 조형물이 형성되는 베드를 고주파 유도 가열 방식을 이용하여 가열할 수 있는 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터에 관한 것이다.
3D 구조물을 형성하는 기술에는 열 가소성 플라스틱류를 압출하여 적층하는 방식, 액체 상태의 '광경화성 수지'가 담긴 수조(Vat) 안에 레이저 빔을 투사하고 수조 안에 있는 조형물이 한 층(Layer) 씩 만들어질 때마다 수조가 층 두께만큼 하강하고 다시 레이저를 주사하여 입체 구조물을 형성하는 방식, 액체 상태의'광경화성 수지(빛을 받으면 경화되는 수지)'에 조형하고자 하는 모양의 빛을 투사하면서 수지를 층층이 굳혀 입체 구조물을 형성하는 방식, 잉크젯 프린터 원리를 이용하여 프린터 헤드의 노즐에서 액체 상태의 컬러 잉크와 경화물질(바인더)을 분말 원료에 압출하여 입체 구조물을 형성하는 방식 등 다양한 방식이 있다. 이 가운데 열 가소성 플라스틱류를 압출하여 적층하는 방식은 하나의 동일한 액화 원료(플라스틱, 왁스, 금속 등)를 지정(목표)된 범위에 적층시켜 입체 구조물을 완성 시킨다.
여기서, 3차원 프린터는 물체의 입체형상을 3차원 그래픽 설계 프로그램을 통해 분석하여 2차원 단면 형상 데이터 조합으로 생성한 후, 생성된 2차원 다면 형상 정보에 기초하여 ABS와 같은 플라스틱 등의 원료물질을 압출하여 출력 베드에 순차적으로 적층하고, 이를 통하여 물체의 입체 조형물을 제조하게 된다. 즉, 3차원 프린터의 구성요소 중 출력 베드는 압출되어 나온 원료물질을 적층시키기 위한 평판 형상의 구조물로서, 조형물은 출력 베드의 상부에 형성된다.
종래의 FFF(Fused Filament Fabrication) 또는 FDM(Fused Deposition Modeling)로 불리는 이러한 기술 방식을 이용한 3차원 프린터는, 안정적인 출력을 위해서 베드에 별도의 테이프나 풀 등을 부착함으로써 출력된 3차원 조형물이 베드에 접착될 수 있도록 하고 있다.
또한, 종래의 3차원 프린터는 대한민국공개특허공보 제10-2015-0049091호에 개시된 바와 같이 특수 코팅된 베드에 열을 가하여 출력된 3차원 조형물을 접착함으로써 안정적인 3차원 조형물을 획득하는 방식을 사용하고 있다.
그러나, 상술한 종래의 베드 가열 방식에 의하면, 직류 전원을 사용하여 열을 생성하는 방식으로 열 손실이 크고 목표하는 온도까지 가열하는데 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 온도를 제어하기 어려운 문제점이 있다.
대한민국공개특허공보 제10-2015-0049091호
본 발명은 상기한 종래의 3차원 프린터의 베드 가열 방식에서 발생되는 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 고주파 유도 가열 방식을 이용하여 열 손실을 최소화함과 아울러 목표하는 온도에 도달하기까지의 시간을 단축할 수 있는 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 3차원 조형물을 형성하기 위한 원료를 압출하는 압출부; 상기 압출부를 x축, y축 및 z축으로 이동시키는 이송부; 상기 3차원 조형물이 상부에 형성되는 조형판; 상기 조형판 내부에 배치되어 온도를 측정하는 온도센서; 상기 조형판의 전영역을 가열 가능하도록 상기 조형판의 하부에 마련되는 자력발생 코일; 상기 자력발생 코일에 교류 전류를 공급하는 인버터부; 및 상기 이송부의 이동 정도를 제어하고, 상기 온도센서에서 측정된 온도에 따라 상기 인버터부가 공급하는 교류 전류의 출력을 제어하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 조형판은, 자성체일 수 있다.
또한, 상기 조형판은, 상기 3차원 프린터에 착탈가능한 연결 구조를 통하여 부착될 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 상기 온도센서에 의하여 측정되는 온도가 40℃ 미만인 경우에 상기 인버터부가 공급하는 교류 전류의 출력이 증가하도록 제어하고, 상기 온도센서에 의하여 측정되는 온도가 200℃를 초과하는 경우에 상기 인버터부가 공급하는 교류 전류의 출력이 감소하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 인버터부가 공급하는 교류 전류의 주파수를 조정함으로써 교류 전류의 출력을 제어할 수 있다.
한편, 상기 온도센서는, 상기 조형판 내 중심부에 마련된 공간 내에 배치될 수 있다.
개시된 기술의 실시예들은 다음의 장점을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에 따른 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터는 3차원 조형물을 안정적으로 얻기 위하여 조형물의 바닥이 베드에 접착될 수 있도록 베드를 가열하는 경우에, 직류 전원에 의한 가열 방식이 아닌 고주파 유도 가열 방식을 이용하여 열 손실을 최소화함과 아울러 목표하는 온도에 도달하기까지의 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터를 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 의한 유도 가열 방식의 베드의 일 실시예를 상부에서 바라본 투시도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 유도 가열 방식의 베드의 다른 실시예를 상부에서 바라본 투시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터의 동작을 나타낸 흐름도이다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
'제1', '제2' 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터를 도시한 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 의한 유도 가열 방식의 베드의 일 실시예를 상부에서 바라본 도면이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 유도 가열 방식의 베드의 다른 실시예를 상부에서 바라본 도면으로, 도 1 내지 도 3b에 의하면 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터는, 압출부(100), 이송부(200), 조형판(310), 온도센서(320), 자력발생 코일(400), 인버터부(500) 및 제어부(600)를 포함한다.
압출부(100)는, 3차원 조형물을 형성하기 위한 원료를 압출한다. 즉, 압출부(100)는, 필라멘트인 원료를 입력받아 열을 가하며, 열에 의하여 용융된 필라멘트를 압출하는데, 소정의 관(도시되지 않음)을 통하여 주입된 필라멘트를 용융·압출하여 조형판(319) 위에 조형물을 만든다. 여기서, 원료로서 열 가소성 수지를 이용하는 것이 바람직하고, 열 가소성 수지는 PLA(PolyLactic Acid, 폴리유산), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌), HDPE(High-Density PolyEthylene, 고밀도 폴리에틸렌), 나일론(Nylon), 레이우드(Laywood)인 필라멘트 형태로 제공되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 압출부(100)의 원료 토출 부분의 구경은 0.25mm 내지 0.4mm 구경을 가지는 것이 바람직하나, 원료의 종류 및 원료를 액화하는 온도에 따라 원료의 점성은 변화하므로 이에 한정되지 않는다.
또한, 이송부(200)는, 제어부(600)의 제어 신호에 따라 압출부(100)를 x축, y축 및 z축으로 이동시킨다. 여기서, 이송부(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이 압출부(100)를 승하강시키기 위한 수직 이송부(220) 및 압출부(100)를 x축 및 y축으로 이동시키기 위한 수평 이송부(210)를 포함할 수 있다. 이때, 수평 이송부(210) 및 수직 이송부(220) 각각은 이송 모터 및 이송 모터에 의해 정역 회전되는 리드 스크류(Lead screw)로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 압출부(100)를 이송시킬 수 있는 한 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor)나 실린더를 사용할 수도 있다.
한편, 조형판(310)은, 3차원 조형물이 상부에 형성되고, 자력발생 코일(400)에서 발생될 열을 전달받아 3차원 조형물의 하면이 조형판(310)의 상면에 접착될 수 있도록 한다. 이때, 조형판(310)은, 자성체 물질, 예를 들면, 철(Iron), 강철(Steel), 니켈(Nickel), 코발트(Cobalt), 일부 희토류 등, 바람직하게는, 철일 수 있으며, 이를 통하여 자력발생 코일(400)에 의하여 전달되는 열에 의한 가열 뿐 아니라 히스테리시스 손실, 즉, 자성체에 가해지는 자계의 변화에 의한 자화율의 변화에 의해 발생하는 에너지가 열로 변하는 현상에 의하여 온도 상승 시 보다 더 효율적일 수 있다.
또한, 조형판(310)은, 도 2에 도시된 바와 같은 3차원 프린터에 착탈가능한 연결구조(도시되지 않음)를 통하여 부착될 수 있으며, 이를 통하여 완성된 3차원 조형물을 3차원 프린터 기기 외부로 이동시키는 데 있어서 편의성을 제공하는 용도 등에 기여하게 된다.
한편, 온도센서(320)는, 조형판(310)의 내부에 배치되어 온도를 측정하며, 측정된 온도를 제어부(600)로 전달한다. 여기서, 온도센서(320)는, 백금측온저항 온도센서(Platinum Resistance Temperature Detector), 열전대(Thermocouple), 써미스터(Thermistor) 및 IC(Integrated Circuit) 온도센서일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 접촉식 또는 비접촉식 방식의 센서가 모두 적용될 수 있다.
또한, 온도센서(320)는, 온도 측정의 신뢰성 향상을 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 조형판(310) 내 중심부에 마련된 공간 내에 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 자력발생 코일(400)은, 조형판(310)의 전영역을 가열 가능하도록 도 2에 도시된 바와 같이 조형판(310)의 하부에 마련된다. 즉, 자력발생 코일(400)은, 인버터부(500)로부터 교류 전류를 인가받아 코일 구조 내부에 배치된 금속 도전체에 와전류 손실 및 히스테리시스 손실에 의한 열 에너지를 생성하고, 생성된 열 에너지를 조형판(310)에 전달하게 된다.
이때, 자력발생 코일(400)은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 조형판(310) 중 3차원 조형물이 상부에 배치될 수 있는 작업 영역을 고루 가열할 수 있도록 다양한 형태로 배치 가능하다.
또한, 인버터부(500)는, 전원(도시되지 않음)으로부터 전압을 인가받아 제어부(600)의 제어에 의한 스위칭 구동 동작을 통하여 자력발생 코일(400)에 교류 전류를 공급한다. 특히, 인버터부(500)는, 제어부(600)에 의하여 결정된 출력의 전류를 자력발생 코일(400)에 공급할 수 있으며, 고주파 전류를 자력발생 코일(400)에 인가함으로써 자력발생 코일(400)에서 발생하는 열 에너지를 증가시킬 수 있다.
한편, 제어부(600)는, 본 발명의 3차원 프린터의 전반적인 동작을 제어하고, 도 2에 도시된 바와 같이 외부 PC 등에 연결되어 사용자에게 다양한 인터페이스를 제공할 수 있다.
여기서, 제어부(600)는, 3차원 조형물에 관한 수평 슬라이싱 파일 내 명령에 따라 이송부(200)의 이동 정도를 제어한다. 예를 들면, 제어부(600)는, STL(STereoLithography) 형식으로 저장된 그래픽 파일이 슬라이싱된 G 코드 등을 통하여 3차원 조형물을 형성하기 위한 수평 단면의 각 좌표 및 위 좌표에 따른 경로를 따라 압출부(100)를 진행시키는 이송부(200)의 이동 정도를 지정하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 즉, 제어부(400)는, G 코드 등의 데이터로부터 수평 이송부(210) 및 수직 이송부(220)의 작업을 분배하고, 분배된 작업에 따라 수평 이송부(210) 및 수직 이송부(220)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 제어부(400)는, 수평 이송부(210)를 구동하기 위하여 X축 부호화부(도시되지 않음) 및 Y축 부호화부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
또한, 제어부(600)는, 온도센서(320)에서 측정된 온도에 따라 인버터부(500)가 공급하는 교류 전류의 출력을 제어하게 된다. 이때, 제어부(600)는, 인버터부(500)가 공급하는 교류 전류의 주파수를 증가시킴에 따라 자력발생 코일(400)에서 발생하는 열 에너지를 증가시킬 수 있고, 인버터부(500)가 공급하는 교류 전류의 주파수를 감소시킴에 따라 자력발생 코일(400)에서 발생하는 열 에너지를 감소시킬 수도 있다. 여기서, 제어부(600)는, 인버터부(500)가 공급하는 교류 전류의 크기를 조정함으로써 자력발생 코일(400)의 발열량을 조절할 수도 있다.
한편, 제어부(600)는, 3차원 프린터의 안정된 조형물의 생성을 위하여, 조형판(310)의 온도를 적절하게 유지할 수 있다. 즉, 제어부(600)는, 온도센서(320)에 의하여 측정되는 온도가 40℃ 미만인 경우에 인버터부(500)가 공급하는 교류 전류의 출력이 증가하도록 제어하고, 온도센서(320)에 의하여 측정되는 온도가 200℃를 초과하는 경우에 인버터부(500)가 공급하는 교류 전류의 출력이 감소하도록 제어할 수 있다. 이때, 조형판(310)의 온도가 40℃ 미만인 경우에는 3차원 조형물의 하면이 조형판(310)의 상면에 접착되지 않을 수 있고, 조형판(310)의 온도가 200℃를 초과하는 경우에는 3차원 조형물이 용융되어 원하는 형태가 유지되지 않을 우려가 있다.
또한, 제어부(600)는, 사용자가 설정한 온도 범위를 입력받아 인버터부(500)가 공급하는 교류 전류의 출력을 조정함으로써 조형판(310)의 온도를 그 범위 내에서 유지할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터의 동작을 나타낸 흐름도로서, 도 1 내지 도 4을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터의 동작에 관하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제어부(600)는, 인버터부(500)를 통하여 자력발생 코일(400)에 교류 전류를 인가한다(S100).
다음에, 자력발생 코일(400)은, 와전류 손실 및 히스테리시스 손실에 의하여 열 에너지를 생성한다(S200). 이때, 자력발생 코일(400)은 주로 와전류 손실에 의하여 열 에너지를 생성하게 된다.
이후에, 자력발생 코일(400)에 의하여 발생된 열은 조형판(310)에 전달되고(S300), 조형판(310) 내부에 마련된 온도센서(320)에 의하여 온도가 측정된다(S400).
다음에, 제어부(600)는, 온도센서(320)에 의하여 측정된 온도의 크기를 판단하는데(S500), 측정된 온도가 40℃ 이상 200℃ 이하인 경우에는, 제어부(600)는 인버터부(500)에 의하여 인가되는 교류 전류의 출력을 조정하지 않으며, 계속적으로 온도센서(320)에 의하여 측정된 온도를 입력받게 된다.
한편, 측정된 온도가 40℃ 미만이거나 200℃를 초과하는 경우에는, 제어부(600)는 인버터부(500)에 의하여 인가되는 교류 전류의 출력을 조정한 후(S600), 온도센서(320)에 의하여 측정된 온도를 계속적으로 확인하게 된다.
다시 말하면, 제어부(600)는, 온도센서(320)에 의하여 측정되는 온도가 40℃ 미만인 경우에 인버터부(500)가 공급하는 교류 전류의 출력이 증가하도록 제어하고, 온도센서(320)에 의하여 측정되는 온도가 200℃를 초과하는 경우에 인버터부(500)가 공급하는 교류 전류의 출력이 감소하도록 제어하게 된다.
이러한 개시된 기술인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 개시된 기술의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 압출부
200: 이송부
310: 조형판
320: 온도센서
400: 자력발생 코일
500: 인버터부
600: 제어부

Claims (6)

  1. 3차원 조형물을 형성하기 위한 원료를 압출하는 압출부;
    상기 압출부를 x축, y축 및 z축으로 이동시키는 이송부;
    상기 3차원 조형물이 상부에 형성되는 자성체인 조형판;
    상기 조형판 내부에 배치되어 온도를 측정하는 온도센서;
    상기 조형판의 전영역을 가열 가능하도록 상기 조형판의 하부에 마련되는 자력발생 코일;
    상기 자력발생 코일에 교류 전류를 공급하는 인버터부; 및
    상기 이송부의 이동 정도를 제어하고, 상기 온도센서에서 측정된 온도에 따라 상기 인버터부가 공급하는 교류 전류의 출력을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 온도센서에 의해 측정된 온도의 크기가 40℃ 이상 200℃ 이하인 경우에는, 상기 인버터부에 의하여 인가되는 교류 전류의 출력을 유지하는 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 조형판은, 상기 3차원 프린터에 착탈가능한 연결 구조를 통하여 부착되는 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 온도센서에 의하여 측정되는 온도가 40℃ 미만인 경우에 상기 인버터부가 공급하는 교류 전류의 출력이 증가하도록 제어하고, 상기 온도센서에 의하여 측정되는 온도가 200℃를 초과하는 경우에 상기 인버터부가 공급하는 교류 전류의 출력이 감소하도록 제어하는 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 인버터부가 공급하는 교류 전류의 주파수를 조정함으로써 교류 전류의 출력을 제어하는 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 온도센서는, 상기 조형판 내 중심부에 마련된 공간 내에 배치되는 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터.
KR1020160037462A 2016-03-29 2016-03-29 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터 KR101802197B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160037462A KR101802197B1 (ko) 2016-03-29 2016-03-29 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160037462A KR101802197B1 (ko) 2016-03-29 2016-03-29 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170111623A KR20170111623A (ko) 2017-10-12
KR101802197B1 true KR101802197B1 (ko) 2017-11-29

Family

ID=60140856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160037462A KR101802197B1 (ko) 2016-03-29 2016-03-29 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101802197B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200486725Y1 (ko) * 2017-10-27 2018-06-26 동원씨앤에스에듀 주식회사 3d 프린터용 베드
KR102527966B1 (ko) * 2020-12-15 2023-05-02 한국원자력연구원 프린팅 베드 교체형 3차원 프린터
KR102521622B1 (ko) * 2021-11-15 2023-04-12 대구대학교 산학협력단 전자석을 이용한 출력 베드 위치 조정장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004119230A (ja) 2002-09-27 2004-04-15 Daihen Corp 電磁誘導加熱装置
CN203818580U (zh) * 2013-12-12 2014-09-10 三纬国际立体列印科技股份有限公司 加热平台与立体打印装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004119230A (ja) 2002-09-27 2004-04-15 Daihen Corp 電磁誘導加熱装置
CN203818580U (zh) * 2013-12-12 2014-09-10 三纬国际立体列印科技股份有限公司 加热平台与立体打印装置
US20150165687A1 (en) 2013-12-12 2015-06-18 Xyzprinting, Inc. Heating platform and 3d printing apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170111623A (ko) 2017-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11926093B2 (en) Methods and apparatus for embedding heating circuits into articles made by additive manufacturing and articles made therefrom
US10694590B2 (en) Electromagnetic print nozzle for direct-write additive manufacturing
US20160096326A1 (en) Selective zone temperature control build plate
KR101802197B1 (ko) 유도 가열 방식의 베드를 이용한 3차원 프린터
EP3442775A2 (en) Optimized three dimensional printing using ready-made supports
KR101704620B1 (ko) 출력오류 보정이 가능한 압출 적층 방식 3ｄ 프린터 및 이를 이용한 출력오류 보정방법
US10821676B2 (en) Method for 3D printing using fusion deposition modeling with extrusion temperature control
JP4857056B2 (ja) 粉末焼結積層造形装置及び粉末焼結積層造形方法
CN108971482B (zh) 一种平面阵列式磁控增材制造方法
US20170232641A1 (en) Enhanced systems that facilitate vacuum bag curing of composite parts
KR101849592B1 (ko) 노즐 교체형 3차원 프린터
RU2552235C1 (ru) Устройство перемещения печатающей головки для 3d-принтера
CN108127115A (zh) 一种用于增材制造三维物体的激光扫描路径生成方法
ES2841915T3 (es) Impresión 3D en metal con precalentamiento local
EP3505329B1 (en) Three-dimensional printer of fused deposition modeling method
KR20200130443A (ko) 고속 압출 3-d 프린팅 시스템
KR20210098443A (ko) 가공물 표면을 완성하기 위한 3d 프린팅에 의해 기능화된 필름 영역
JP2018538185A (ja) カラー３ｄプリンタ及び対応するカラー３ｄプリント方法
CN206276911U (zh) 一种熔融沉积成型的金属三维打印机
KR20180080072A (ko) 3차원 인쇄 장치 및 그 제어 방법
KR101802193B1 (ko) 3차원 프린터용 노즐 구조
US10953575B2 (en) Enhanced systems that facilitate vacuum bag curing of composite parts
CN104875394A (zh) 一种3d器件打印设备及方法
JP2017505727A (ja) 三次元物体を製作するための積層造形装置、および関連する方法
KR20170062689A (ko) 3d 프린팅 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
N231 Notification of change of applicant
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant