KR101855184B1 - 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3d 프린터 - Google Patents

가변형 레이저 조사장치를 구비한 3d 프린터 Download PDF

Info

Publication number
KR101855184B1
KR101855184B1 KR1020170158177A KR20170158177A KR101855184B1 KR 101855184 B1 KR101855184 B1 KR 101855184B1 KR 1020170158177 A KR1020170158177 A KR 1020170158177A KR 20170158177 A KR20170158177 A KR 20170158177A KR 101855184 B1 KR101855184 B1 KR 101855184B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
powder
product
laser
unit
axis
Prior art date
Application number
KR1020170158177A
Other languages
English (en)
Inventor
이동근
백병철
정구상
Original Assignee
원광이엔텍 주식회사
(주)컨셉션
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 원광이엔텍 주식회사, (주)컨셉션 filed Critical 원광이엔텍 주식회사
Priority to KR1020170158177A priority Critical patent/KR101855184B1/ko
Priority to PCT/KR2017/013768 priority patent/WO2019103218A1/ko
Priority to US16/307,987 priority patent/US20210221060A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101855184B1 publication Critical patent/KR101855184B1/ko
Priority to US17/496,319 priority patent/US20220048252A1/en
Priority to US17/496,114 priority patent/US20220048251A1/en

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
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F3/1055—
    • 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
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • 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
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/188—Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control
    • 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
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • 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
    • B29C64/245—Platforms or substrates
    • 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
    • B29C64/255—Enclosures for the building material, e.g. powder containers
    • 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]
    • 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
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • 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
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B29C64/329—Feeding using hoppers
    • 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
    • B29C64/35—Cleaning
    • 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
    • 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
    • B29C64/40—Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof
    • 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
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • 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
    • 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
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/70—Recycling
    • B22F10/73—Recycling of powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/10—Auxiliary heating means
    • B22F12/13—Auxiliary heating means to preheat the material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/22—Driving means
    • B22F12/222—Driving means for motion along a direction orthogonal to the plane of a layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/46—Radiation means with translatory movement
    • B22F12/47—Radiation means with translatory movement parallel to the deposition plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/46—Radiation means with translatory movement
    • B22F12/48—Radiation means with translatory movement in height, e.g. perpendicular to the deposition plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • B22F2003/1056—
    • 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
    • B29C2035/0822—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 IR radiation
    • 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
    • B29C2035/0827—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 UV radiation
    • 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
    • B29C2035/0838—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 laser
    • 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
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/25—Solid
    • B29K2105/251—Particles, powder or granules
    • 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
    • B29K2509/00—Use of inorganic materials not provided for in groups B29K2503/00 - B29K2507/00, as filler
    • B29K2509/02—Ceramics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명은 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터에 관한 것으로, 구체적으로는 레이저가 조사되어야할 포인트에 정확히 조사되도록 하여 정교한 입체적 성형물을 출력해 낼 수 있는 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터는, 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 분말 공급부와, 상기 분말 공급부의 일측에 위치하여 상기 분말 공급부로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 제품 조형부를 포함하고, 상기 분말에 레이저를 조사하는 레이저 조사장치는, 상기 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에 설치되되, 상기 분말 공급부로부터 공급받은 분말이 펼쳐지는 상기 제품 조형부의 출력물 베드 상면을 기준으로 전후좌우 방향 및 상기 출력물 베드 상면의 상부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터 {3-DIMENSIONAL PRINTER HAVING VARIABLE LASER IRRADIATION DEVICE}
본 발명은 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터에 관한 것으로, 구체적으로는 레이저가 조사되어야할 포인트에 정확히 조사되도록 하여 정교한 입체적 성형물을 출력해 낼 수 있는 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터에 관한 것이다.
최근에는 제품의 디자이너 및 설계자가 CAD 나 CAM을 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성하고, 이렇게 생성된 데이터를 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작하는 이른바 3차원 프린팅 방법이 등장하게 되었으며, 이러한 3D 프린터를 산업, 생활, 의학 등 매우 다양한 분야에서 활용하고 있다.
일반적인 3D 프린터의 기본적인 원리는 얇은 2D 레이어를 쌓아서 3D 물체를 만드는 것이다.
이와 같은 3D프린터는 프린팅 방식에 따라 크게 FDM(Fused Deposition Modeling)방식, DLP(Digital Light Processing)방식, SLA(StereoLithography Apparatus)방식, SLS(Selective Laser Sintering) 방식 등 4가지 방식으로 기술이 분류되고 있으며, 그 사용재료로는 세라믹, 플라스틱, 금속, 수지 등 다양한 종류가 사용되고 있다.
FDM 방식은 대상물체를 2차원의 평면형태로 성형하면서 3차원으로 적층하여 형태를 만들어가는 방식으로서 열가소성 수지로 된 와이어 형태의 필라멘트를 공급하고, 공급된 필라멘트를 노즐을 통해 용융시켜서 적층함으로써 물체를 3차원으로 성형하는 기술방식이며, 이에 대한 내용은 대한민국 공개특허 10-2015-0134186호 등에 개시되어 있다.
SLS방식은 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하며, 레이저를 조사(照射)하여 소결시켜서 셩헝하는 기술방식이고, SLA 방식은 광경화수지에 광(light)을 조사하여 조사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 기술방식이다.
DLP방식은 SLA 방식처럼 광경화수지가 광에 반응하여 경화되는 것을 이용한 것으로, 광경화수지에 빔프로젝션을 조사하여 성형시키는 기술방식으로서 이에 대한 내용은 대한민국 등록특허 제10-533374호 등에 개시되어 있다.
한편, SLS 방식 등과 같이 레이저를 이용하여 3D 프린팅을 하는 경우에는, 레이저가 조사되어야할 포인트에 정확히 조사되도록 하는 것이 중요하다.
이는 레이저가 조사되어야 할 포인트에 정밀하게 조사될수록 보다 정교한 입체적 성형물을 출력해 낼 수 있기 때문이다.
아울러, 레이저의 조사 정밀도가 떨어지면 성형물이 거칠게 성형되어 출력된 성형물의 품질이 저하되기 때문에, 레이저 조사의 정밀도는 특히 중요하다.
그러나, 종래의 SLS 방식의 3D 프린터에 채용되는 레이저 조사장치는 외부 케이스의 상단 중앙에 고정 설치되어 레이저를 필요한 위치에만 조사 시키기 위하여 갈바노미터(Galvanometer) 또는 반사경 등에 의해 레이저의 조사경로를 조정하게 되는데, 이 과정에서 오차, 예를 들어, 출력판에 조사된 광선의 원형 스팟(spot)이 일그러지게 되는 등의 오차가 발생하기 쉬운 문제점이 있다.
아울러, 종래 기술에 따른 SLS 방식의 3D 프린터는, 제품을 조형하는 제품 조형 챔버를 포함하는 케이스 내부에 온도 편차가 발생하기 때문에 성형되어 출력된 성형물이 열수축 등으로 인해 뒤틀리거나 크랙이 발생하게 되는 문제점이 있다.
한편, 종래 기술에 따른 SLS 방식의 3D 프린터는, 분말 형태의 재료를 도포한 후 레이저를 재료에 선택적으로 조사하여 분말을 용융 시키고, 다시 분말 재료를 한층 도포한 후 레이저를 조사하는 과정을 반복함으로써 성형물을 출력하게 된다.
그러나, 종래 기술에 따른 SLS 방식은 분말 형태의 재료가 베드에 균일하게 도포되지 않을 뿐만 아니라 분산되어 있는 분말들의 밀도가 매우 낮은 문제점이 있다. 즉, 부위별로 분산되어 있는 분말의 양이 달라 레이저를 이용하여 성형물을 제조하였을 때 표면 상태가 정밀하게 형성되지 못하고, 분말과 분말 사이에 빈 공간이 많아 성형물의 내구성이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
KR 10-2017-0089625 A (2017.08.04.공개) KR 10-1676606 B1 (2016.11.16.공고)
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 여러 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 레이저가 조사되어야할 포인트에 정확히 조사되도록 하여 정교한 입체적 성형물을 출력해 낼 수 있는 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1관점에 따른 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터는, 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 분말 공급부와, 상기 분말 공급부의 일측에 위치하여 상기 분말 공급부로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 제품 조형부를 포함하고, 상기 분말에 레이저를 조사하는 레이저 조사장치는, 상기 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에 설치되되, 상기 분말 공급부로부터 공급받은 분말이 펼쳐지는 상기 제품 조형부의 출력물 베드 상면을 기준으로 전후좌우 방향 및 상기 출력물 베드 상면의 상부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레이저 조사장치는, 조사되는 레이저의 초점거리를 가변시킬 수 있도록 가변렌즈를 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 가변렌즈는 상기 레이저 조사장치로부터 조사되는 레이저의 조사 각도를 조절할 수 있도록 상기 레이저 조사장치에 회동 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.
게다가, 상기 분말 공급부는, 중공 형태로 이루어져 내부에 분말이 수용되는 분말 수용 챔버; 상기 분말 수용 챔버 내에서 기설정된 프로그램에 따라 상하 이동하는 과정을 통해 수용된 분말 중 일부분을 상기 분말 수용 챔버의 상단으로 노출되게 하는 공급 플레이트; 및 상기 공급 플레이트에 의해 상기 분말 수용 챔버의 상단으로 노출된 분말을 제품 조형부 쪽으로 이송시키는 이송 유닛;을 포함하고, 상기 제품 조형부는, 중공 형태로 이루어져 상기 분말 수용 챔버의 일측에 위치하는 제품 조형 챔버; 및 상기 제품 조형 챔버 내에서 기설정된 프로그램에 따라 상하로 이동하도록 이루어지며, 상기 이송 유닛에 의해 이송된 분말이 펼쳐지는 출력물 베드;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 이송 유닛은, 상기 분말 수용 챔버 상단 및 제품 조형부의 출력물 베드 상면으로부터 상방으로 이격되어 상기 분말 수용 챔버로부터 제품 조형 챔버 방향으로 이동하도록 마련되는 이동부재와, 상기 이동부재의 하단으로부터 하방으로 연장되어 상기 분말 수용 챔버의 상단으로 노출된 분말을 제품 조형 챔버 쪽으로 밀어내어 출력물 베드 상의 분말을 평탄화하도록 마련되는 다짐부재를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제품 조형부를 기준으로 상기 분말 공급부와 반대쪽에는 중공 형태의 분말 회수부가 배치되고, 상기 이송 유닛에 의해 분말 수용 챔버로부터 제품 조형 챔버로 공급된 분말 중 소결이 이루어지지 않은 분말은 상기 이송 유닛에 의해 상기 분말 회수부로 회수되는 것이 바람직하다.
게다가, 상기 분말 회수부의 내부 형상은, 상부에서 중간부분으로 갈수록 폭이 좁아지다가 중간부분에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지는 형태로 형성되고, 상기 중간부분에는 사용가능한 분말을 분리할 수 있도록 필터가 마련되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 제2관점에 따른 가열장치를 구비한 3D 프린터는, 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 분말 공급부와, 상기 분말 공급부로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 제품 조형부를 포함하고, 상기 분말 공급부는 호퍼 형태로 이루어지며, 상기 분말 공급부에는 상기 제품 조형부의 출력물 베드에 분말을 공급하는 경우 예열을 하고 상기 제품 조형부의 출력물 베드 위에 적층된 분말에 후열을 하기 위해 열을 발생시키는 제1가열장치가 설치되며, 상기 제품 조형부의 출력물 베드에는 적층된 분말의 보온 및 항습, 출력물 베드의 표면 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 제2가열장치가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분말 공급부의 내부에는 분말이 응집되는 것을 방지하기 위한 스크류가 설치되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제1가열장치는 UV 레이저로 이루어지고, 상기 UV(자외선) 레이저는 분말이 배출되는 상기 분말 공급부의 배출구에 마련되는 것이 바람직하다.
게다가, 상기 제2가열장치는 적외선 램프 또는 히팅 코일 형태로 이루어져 상기 출력물 베드에 내설되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에 설치되어 상기 케이스의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 제3가열장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제3가열장치는 열을 발생시키는 램프와, 상기 램프의 일측에 위치하여 상기 램프로부터 발생되는 열을 필요한 부분으로 반사시킬수 있도록 회동가능하게 설치되는 반사경을 포함하는 것이 바람직하다.
게다가, 상기 케이스의 내부에는 복수의 온도센서가 영역별로 각각 설치되고, 상기 복수의 온도센서는 상기 케이스의 내부 각 영역별 온도를 감지한 다음 상기 반사경으로 신호를 전달함으로써, 상기 반사경이 상기 케이스의 내부에서 온도가 낮은 영역을 향하도록 하여 열을 반사시키는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 제3관점에 따른 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터는, 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 분말 공급부와, 상기 분말 공급부의 일측에 위치하여 상기 분말 공급부로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 제품 조형부를 포함하는 3D 프린터로서, 상기 제품 조형부의 출력물 베드 일측 상부에는 분말을 공급하기 위한 분말 공급부가 배치되고, 상기 분말 공급부와 대향하는 상기 출력물 베드의 타측 상부에는 레이저를 조사하여 분말을 용융하고자 하는 영역에만 바인더를 토출하기 위한 바인더 제트부가 배치되며, ① 분말 공급부는 출력물 베드의 일측으로부터 타측으로 이동하면서 출력물 베드에 분말을 공급한 다음 정지하고, ② 출력물 베드의 타측에 위치한 분말 공급부와 바인더 제트부는 함께 출력물 베드의 타측으로부터 일측으로 이동하되 분말 공급부의 분말 공급은 중단한 상태로 용융하고자 하는 분말 영역에 바인더를 토출한 다음 정지하며, ③ 바인더가 토출된 분말 영역에 레이저를 조사하여 용융 및 소결시키는 상기 ①②③ 과정들을 반복함으로써 최종 성형물을 출력하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바인더 제트부는 저면에 복수의 미세공이 관통 형성된 용기 형태로 이루어지고, 상기 복수의 미세공을 통해 레진으로 이루어진 바인더가 액상 토출 방식으로 분사되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 출력물 베드의 타측 근방에 위치한 제품 조형부에는 상기 바인더 제트부를 세척하기 위한 세척 공간이 홈 형태로 형성되고, 최종 성형물이 성형되면 상기 바인더 제트부는 상기 세척 공간에 위치하여 세척되도록 이루어지는 것이 바람직하다.
게다가, 상기 분말은 탄소, 세라믹, 폴리머, 금속 중 어느 하나의 분말인 것이 바람직하다.
또한, 상기 분말 공급부에는 상기 제품 조형부의 출력물 베드에 분말을 공급하는 경우 예열을 하고 상기 제품 조형부의 출력물 베드 위에 적층된 분말에 후열을 하기 위해 열을 발생시키는 UV 레이저로된 제1가열장치가 설치되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제품 조형부의 출력물 베드에는 적층된 분말의 보온 및 항습, 출력물 베드의 표면 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 적외선 램프 또는 히팅 코일 형태로 이루어진 제2가열장치가 내설되는 것이 바람직하다.
게다가, 상기 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에는, 상기 케이스의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 램프와, 상기 램프의 일측에 위치하여 상기 램프로부터 발생되는 열을 필요한 부분으로 반사시킬수 있도록 회동가능하게 설치되는 반사경을 포함하여 이루어진 제3가열장치가 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 케이스의 내부에는 복수의 온도센서가 영역별로 각각 설치되고, 상기 복수의 온도센서는 상기 케이스의 내부 각 영역별 온도를 감지한 다음 상기 반사경으로 신호를 전달함으로써, 상기 반사경이 상기 케이스의 내부에서 온도가 낮은 영역을 향하도록 하여 열을 반사시키는 것이 바람직하다.
전술한 과제의 해결수단에 의하면 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
본 발명은 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에 레이저 조사장치를 설치하되, 레이저 조사장치를 분말 공급부로부터 공급받은 분말이 펼쳐지는 제품 조형부의 출력물 베드 상면을 기준으로 전후좌우 방향 및 출력물 베드 상면의 상부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 마련하고, 레이저 조사장치로부터 조사되는 레이저의 조사 각도를 조절할 수 있도록 레이저 조사장치에 가변렌즈를 회동 가능하게 결합함으로써, 레이저가 조사되어야할 포인트에 정확히 조사되도록 하여 정교한 입체적 성형물을 출력해 낼 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 제품 조형부를 기준으로 분말 공급부와 반대쪽에 중공 형태의 분말 회수부를 배치하고, 이송 유닛에 의해 분말 수용 챔버로부터 제품 조형 챔버로 공급된 분말 중 소결이 이루어지지 않은 분말은 이송 유닛에 의해 분말 회수부로 회수되도록 함으로써, 분말이 낭비되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 분말 회수부의 내부 형상을 상부에서 중간부분으로 갈수록 폭이 좁아지다가 중간부분에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지는 형태로 형성하고, 상기 중간부분에는 사용가능한 분말을 분리할 수 있도록 필터를 마련함으로써, 분말 회수의 효율성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
게다가, 본 발명은 제품 조형부의 출력물 베드에 분말을 공급하는 경우 예열을 하고 제품 조형부의 출력물 베드 위에 적층된 분말에 후열을 하기 위해 열을 발생시키는 제1가열장치를 분말 공급부에 설치함으로써, 분말이 습기 등으로 응집되지 않고 원활하게 공급되어 출력물 베드 위에 균일하게 적층될 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 제품 조형부의 출력물 베드에 열을 발생시키는 제2가열장치를 내설함으로써, 적층된 분말의 보온 및 항습, 출력물 베드의 표면 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에 열을 발생시키는 제3가열장치를 설치함으로써, 제품을 조형하는 제품 조형 챔버를 포함하는 케이스 내부에 온도 편차가 발생하지 않도록 하여 출력된 성형물의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
게다가, 본 발명은 제3가열장치를 열을 발생시키는 램프와, 램프의 일측에 위치하여 램프로부터 발생되는 열을 필요한 부분으로 반사시킬수 있도록 회동가능하게 설치되는 반사경을 포함하여 구성하고, 케이스의 내부에는 복수의 온도센서를 영역별로 각각 설치하고, 복수의 온도센서는 케이스의 내부 각 영역별 온도를 감지한 다음 반사경으로 신호를 전달하도록 하여 반사경이 케이스의 내부에서 온도가 낮은 영역을 향하여 열을 반사시키도록 이루어진다. 이에 따라, 케이스 내부의 온도를 일정하게 유지하여 최종 성형물이 뒤틀리거나 크랙이 발생하는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 제품 조형부의 출력물 베드 일측 상부에는 분말을 공급하기 위한 분말 공급부를 배치하고, 분말 공급부와 대향하는 출력물 베드의 타측 상부에는 레이저를 조사하여 분말을 용융하고자 하는 영역에만 바인더를 토출하기 위한 바인더 제트부를 배치하며, ① 분말 공급부는 출력물 베드의 일측으로부터 타측으로 이동하면서 출력물 베드에 분말을 공급한 다음 정지하고, ② 출력물 베드의 타측에 위치한 분말 공급부와 바인더 제트부는 함께 출력물 베드의 타측으로부터 일측으로 이동하되 분말 공급부의 분말 공급은 중단한 상태로 용융하고자 하는 분말 영역에 바인더를 토출한 다음 정지하며, ③ 바인더가 토출된 분말 영역에 레이저를 조사하여 용융 및 소결시키는 상기 ①②③ 과정들을 반복함으로써 최종 성형물을 출력하도록 이루어짐으로써, 출력물 베드에 도포되는 분말과 분말 간의 결속력을 강화하고 분말의 용융을 극대화하여 출력된 성형물의 내구성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 출력물 베드의 타측 근방에 위치한 제품 조형부에는 바인더 제트부를 세척하기 위한 세척 공간을 홈 형태로 형성하고, 최종 성형물이 성형되면 바인더 제트부가 세척 공간에 위치하여 세척되도록 이루어짐으로써, 레진으로 이루어진 바인더가 일정시간 경과후 딱딱하게 굳어 작업이 원활하게 이루어지지 않는 상황을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1관점에 따른 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 레이저 조사장치가 케이스의 내부에서 X축으로 이동하여 레이저를 조사하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 레이저 조사장치에 가변렌즈가 결합되어 레이저의 조사 방향을 변화시키는 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 레이저 조사장치가 Z축 방향(케이스의 내부에서 상하방향)으로 이동하는 경우, 레이저 조사면적이 변하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 레이저 조사장치가 Z축 방향(케이스의 내부에서 상하방향)으로 이동하는 경우, Z축의 높이에 따른 레이저 조사면적을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2관점에 따른 가열장치를 구비한 3D 프린터에서 제1가열장치가 설치된 분말공급부와 제2가열장치가 설치된 출력물 베드를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 분말공급부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7의 출력물 베드에 설치된 제2가열장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2관점에 따른 가열장치를 구비한 3D 프린터에서 제3가열장치가 케이스의 내부에 설치된 상태와, 3D 프린터의 케이스 내부에 복수의 온도센서가 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 7의 출력물 베드에 설치된 제2가열장치의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3관점에 따른 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 출력물 베드 위에 분말 공급부와 바인더 제트부가 배치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12의 평면도이다.
도 14는 도 12의 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터에서 바인더 제트부의 클리닝 공간이 형성된 상태를 나타낸 도면이다.
도 15의 (a)는 도 12의 바인더 제트부를 개략적으로 나타낸 도면이고, (b)는 (a)의 바인더 제트부 저면을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 제1 내지 제3관점에 따른 3D 프린터의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들에 의거하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어와 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석해야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1관점에 따른 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터를 나타낸 도면들이다.
본 발명의 제1관점에 따른 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 분말 공급부(10), 제품 조형부(20) 및 레이저 조사장치(40)를 포함하여 구성된다.
분말 공급부(10)는 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 것으로서, 분말 수용 챔버(11), 공급 플레이트(13) 및 이송 유닛(15)을 포함한다.
분말 수용 챔버(11)는 중공 형태로 이루어져 내부에 분말이 수용되는 것으로서, 제품 조형부(20)와 연결되는 전방의 제1연결부(C1)를 제외하고 양측과 후방은 상방으로 돌출된 격벽을 갖는 형태로 이루어질 수 있다.
이러한 격벽을 통해 분말 수용 챔버(11)의 상단으로 노출된 분말이 분말 수용 챔버(11)의 외부로 낙하하는 것을 방지할 수 있게 된다.
공급 플레이트(13)는 분말 수용 챔버(11) 내에서 기설정된 프로그램에 따라 상하 이동하는 과정을 통해 수용된 분말 중 일부분을 분말 수용 챔버(11)의 상단으로 노출되게 하는 것으로서, 그 하부에 결합된 제1구동부(14)를 통해 상하 이동하게 된다.
제1구동부(14)는 공급 플레이트(13)의 하부에 일단이 고정되고 타단은 분말 수용 챔버(11)의 내부에서 하방으로 연장된 제1승강로드(미도시)와, 제1승강로드를 상하로 이동시키기 위한 제1구동모터(미도시)를 포함하며, 제1승강로드 주위에 하나 이상의 제1가이드(미도시)가 배치된 상태에서 제1승강로드와 함께 상하로 승강하면서 공급 플레이트(13)의 이동을 안내하게 된다.
이송 유닛(15)은 공급 플레이트(13)에 의해 분말 수용 챔버(11)의 상단으로 노출된 분말을 제품 조형부(20) 쪽으로 이송시키는 것으로서, 분말 수용 챔버(11)의 상단에 배치된 상태에서 분말 수용 챔버(11)와 제품 조형 챔버(21)를 연결하는 방향을 따라 전후방으로 반복적으로 이송 운동을 한다.
이러한 이송 유닛(15)은 공급 플레이트(13)의 상승 중에는 분말 수용 챔버(11)의 후단에 위치하고, 공급 플레이트(13)의 상승이 완료되어 소정량의 분말이 분말 수용 챔버(11)의 상단에 노출된 상태에서는 분말 수용 챔버(11)의 후방에서 전방으로 이송을 개시한다.
이와 같이, 이송 유닛(15)의 운동은 분말 수용 챔버(11)의 상단에 노출된 분말을 제품 조형 챔버(21) 측으로 밀어내는 기능을 한다.
이를 통해 제품 조형부(20) 상에서 레이저 노출을 통해 소결 과정이 진행될 수 있는 일정량의 분말을 주기적으로 공급 가능한 상태가 된다.
이와 같은 이송 유닛(15)은, 분말 수용 챔버(11) 상단 및 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23) 상면으로부터 상방으로 이격되어 분말 수용 챔버(11)로부터 제품 조형 챔버(21) 방향으로 이동하도록 마련되는 이동부재(15a)와, 이동부재(15a)의 하단으로부터 하방으로 연장되어 분말 수용 챔버(11)의 상단으로 노출된 분말을 제품 조형 챔버(21) 쪽으로 밀어내어 출력물 베드(23) 상의 분말을 평탄화하도록 마련되는 다짐부재(15b)를 포함하여 이루어진다.
제품 조형부(20)는 분말 공급부(10)의 일측에 위치하여 분말 공급부(10)로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 것으로서, 제품 조형 챔버(21)와, 출력물 베드(23)를 포함한다.
제품 조형 챔버(21)는 중공 형태로 이루어져 분말 수용 챔버(11)의 일측에 위치하는 것으로서, 분말 공급부(10)에서 공급된 분말이 레이저에 의해 소결된 상태 하에서 원하는 형상의 제품으로 조형되어지는 공간을 의미한다.
이러한 제품 조형 챔버(21)는 분말 공급이 원활하도록 분말 수용 챔버(11)의 상단과는 제1연결부(C1)를 통해 연결되는 구조일 수 있고, 제1연결부(C1)는 일예로서 분말 수용 챔버(11)에서 제품 조형 챔버(21) 측으로 갈수록 하방으로 기울어지는 형태일 수 있다.
출력물 베드(23)는 제품 조형 챔버(21) 내에서 기설정된 프로그램에 따라 상하로 이동하도록 이루어지며, 이송 유닛(15)에 의해 이송된 분말이 펼쳐지는 것으로서, 그 하부에 결합된 제2구동부(24)를 통해 상하 이동 가능하게 된다.
이러한 제2구동부(24)는 출력물 베드(23)의 하부에 일단이 고정되고 타단은 제품 조형 챔버(21)의 내부에서 하방으로 연장된 제2승강로드(미도시)와, 제2승강로드를 상하로 이동시키기 위한 제2구동모터(미도시)를 포함하며, 제2승강로드 주위에 하나 이상의 제2가이드(미도시)가 배치된 상태에서 제2승강로드와 함께 상하로 승강하면서 출력물 베드(23)의 이동을 안내하게 된다.
분말에 레이저를 조사하는 레이저 조사장치(40)는, 분말 공급부(10)와 제품 조형부(20)를 수용하는 케이스(50)의 내측 상단에 설치되는데, 이러한 레이저 조사장치(40)는 분말 공급부(10)로부터 공급받은 분말이 펼쳐지는 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23) 상면을 기준으로 전후좌우 방향 및 출력물 베드(23) 상면의 상부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 이루어진다.
즉, 분말 공급부(10)로부터 제품 조형부(20)로 분말이 공급되는 방향의 축을 X축이라 하고, X축과 직교하는 축을 Y축이라 하며, 케이스(50)의 상하 높이 방향의 축을 Z축이라고 가정하면, 케이스(50)의 내부 상단에는 X축 프레임(51), Y축 프레임(52) 및 Z축 프레임(미도시)이 상호간 슬라이딩 가능하게 결합되어 설치된다.
이러한 X축 프레임(51), Y축 프레임(52) 및 Z축 프레임(미도시)은 LM(리니어 모션) 가이드 형태로 구현될 수 있는데, 레이저 조사장치(40)를 X축 프레임(51), Y축 프레임(52) 및 Z축 프레임(53) 중 어느 하나의 프레임에 결합시켜서 출력물 베드(23) 상면을 기준으로 전후좌우 방향 및 출력물 베드(23) 상면의 상부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 할 수 있고, 예를 들면, 갈바노 미러 시스템 (Galvano Mirror System) 형태로 구현할 수 있을 것이다.
아울러, 레이저 조사장치(40)는, 도 3에 도시된 바와 같이 조사되는 레이저의 초점거리를 가변시킬 수 있도록 가변렌즈(42)를 포함할 수 있는데, 이와 같은 가변렌즈(42)는 레이저 조사장치(40)로부터 조사되는 레이저의 조사 각도를 조절할 수 있도록 레이저 조사장치(40)에 회동 가능하게 결합된다.
이처럼 분말 공급부(10)와 제품 조형부(20)를 수용하는 케이스(50)의 내측 상단에 레이저 조사장치(40)를 설치하되, 레이저 조사장치(40)를 분말 공급부(10)로부터 공급받은 분말이 펼쳐지는 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23) 상면을 기준으로 전후좌우 방향 및 출력물 베드(23) 상면의 상부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 마련하고, 레이저 조사장치(40)로부터 조사되는 레이저의 조사 각도를 조절할 수 있도록 레이저 조사장치(40)에 가변렌즈(42)를 회동 가능하게 결합함으로써, 레이저가 조사되어야할 포인트에 정확히 조사되도록 하여 정교한 입체적 성형물을 출력해 낼 수 있게 된다.(도 3 내지 도 6 참고)
한편, 제품 조형부(20)를 기준으로 분말 공급부(10)와 반대쪽에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 중공 형태의 분말 회수부(30)를 배치할 수 있는데, 이송 유닛(15)에 의해 분말 수용 챔버(11)로부터 제품 조형 챔버(21)로 공급된 분말 중 소결이 이루어지지 않은 분말은 이송 유닛(15)에 의해 제2연결부(C2)를 통해 분말 회수부(30)로 회수되게 된다.
이와 같은 분말 회수부(30)의 내부 형상은, 상부에서 중간부분으로 갈수록 폭이 좁아지다가 중간부분에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지는 모래시계 형태로 형성되고, 중간부분에는 사용가능한 분말을 분리할 수 있도록 필터(32)가 마련된다.
이와 같이 제품 조형부(20)를 기준으로 분말 공급부(10)와 반대쪽에 중공 형태의 분말 회수부(30)를 배치하고, 이송 유닛(15)에 의해 분말 수용 챔버(11)로부터 제품 조형 챔버(21)로 공급된 분말 중 소결이 이루어지지 않은 분말은 이송 유닛(15)에 의해 분말 회수부(30)로 회수되도록 함으로써, 분말이 낭비되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 제2관점에 따른 가열장치를 구비한 3D 프린터를 나타낸 도면들이다.
본 발명의 제2관점에 따른 가열장치를 구비한 3D 프린터는, 분말 공급부(100)와 제품 조형부(20)를 포함하여 구성된다.
분말 공급부(100)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 것으로서, 호퍼 형태로 이루어져 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23) 상에서 직선운동하면서 분말을 배출 공급하도록 이루어진다.
이러한 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23)에 분말을 공급하는 경우 예열을 하고 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23) 위에 적층된 분말에 후열을 하기 위해 열을 발생시키는 제1가열장치(110)가 설치된다.
제1가열장치(110)는 UV(자외선) 레이저로 이루어지고, 분말이 배출되는 호퍼 형태의 분말 공급부(100)의 배출구에 마련된다.
또한, 분말 공급부(100)의 내부에는 분말이 응집되는 것을 방지하기 위한 스크류(130)가 설치될 수 있다.
이처럼 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23)에 분말을 공급하는 경우 예열을 하고 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23) 위에 적층된 분말에 후열을 하기 위해 열을 발생시키는 제1가열장치(110)를 분말 공급부(100)에 설치함으로써, 분말이 습기 등으로 응집되지 않고 원활하게 공급되어 출력물 베드(23) 위에 균일하게 적층될 수 있도록 할 수 있다.
이와 같이 분말 공급부(100)로부터 출력물 베드(23)에 분말을 공급하는 경우 공급되는 분말이 출력물 베드(23) 위에 편평하게 펴질 수 있도록 호퍼 형태의 분말 공급부(100)의 후방(분말이 공급되는 방향과 반대 방향)에는 회전롤러(150)가 설치되는데, 이러한 회전롤러(150)는 분말 공급부(100)와 일체로 출력물 베드(23) 상에서 직선 이동하게 된다.
제품 조형부(20)는 분말 공급부(100)로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 것으로서, 제품 조형 챔버(21)와 출력물 베드(23)를 포함하여 이루어진다.
제품 조형 챔버(21)는 전술한 제1관점에서와 동일한 구성으로 이루어지므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
제품 조형부(20)의 출력물 베드(23)에는 적층된 분말의 보온 및 항습, 출력물 베드(23)의 표면 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 제2가열장치(26)가 설치된다.
이러한 제2가열장치(26)는 적외선 램프(26a)(도 9 참고) 또는 히팅 코일(26b)(도 11 참고) 형태로 이루어져 출력물 베드(23)에 내설될 수 있다.
한편, 분말 공급부(10)는 다른 실시예로서, 전술한 제1관점에서와 마찬가지로 분말 수용 챔버(11), 공급 플레이트(13) 및 이송유닛(15)을 포함하여 구성될 수도 있다.
이때, 분말 공급부(10)에는 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23)에 분말을 공급하는 경우 예열을 하기 위해 열을 발생시키는 제1가열장치가 설치되는데, 제1가열장치는 적외선 램프 또는 히팅 코일 형태로 이루어져 공급 플레이트(13)에 내설될 수 있다.
분말 공급부(10)와 제품 조형부(20)를 수용하는 케이스(50)의 내측 상단에 설치되어 케이스(50)의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위해 도 10에 도시된 바와 같이, 열을 발생시키는 제3가열장치(51)를 더 포함할 수 있다.
이러한 제3가열장치(51)는 열을 발생시키는 램프(51a)와, 램프(51a)의 일측에 위치하여 램프(51a)로부터 발생되는 열을 필요한 부분으로 반사시킬수 있도록 회동가능하게 설치되는 반사경(51b)을 포함하여 이루어진다.
이처럼 분말 공급부(10)와 제품 조형부(20)를 수용하는 케이스(50)의 내측 상단에 열을 발생시키는 제3가열장치(51)를 설치함으로써, 제품을 조형하는 제품 조형 챔버(21)를 포함하는 케이스(50) 내부에 온도 편차가 발생하지 않도록 하여 출력된 성형물의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 케이스(50)의 내부에는 복수의 온도센서(53)가 영역별로 각각 설치되는데, 복수의 온도센서(53)는 케이스(50)의 내부 각 영역별 온도를 감지한 다음 반사경(51b)으로 신호를 전달함으로써, 반사경(51b)이 케이스(50)의 내부에서 온도가 낮은 영역을 향하도록 하여 열을 반사시키도록 한다.
이와 같은 반사경(51b)에는 구동모터(미도시)가 결합되고, 구동모터는 복수의 온도센서(53)로부터 전기적인 신호를 받을 수 있도록 연결되어 반사경(51b)의 회동 각도를 조절하게 된다. 이때, 구동모터는 스텝모터인 것이 바람직하다.
이에 따라, 케이스(50) 내부의 온도를 일정하게 유지하여 최종 성형물이 뒤틀리거나 크랙이 발생하는 것을 최소화할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 제2관점에 따른 가열장치를 구비한 3D 프린터는, 전술한 제1관점에서와 마찬가지로 분말회수부(30)를 포함할 수 있다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 제3관점에 따른 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터를 나타낸 도면들이다.
본 발명의 제3관점에 따른 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터는, 분말 공급부(100), 제품 조형부(200) 및 바인더 제트부(300)를 포함하여 구성된다.
분말 공급부(100)는 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 것으로서, 호퍼 형태로 이루어져 제품 조형부(200)의 출력물 베드(230) 상에서 직선운동하면서 분말을 배출 공급하도록 이루어진다.
이러한 제품 조형부(200)의 출력물 베드(230)에 분말을 공급하는 경우 예열을 하고 제품 조형부(200)의 출력물 베드(230) 위에 적층된 분말에 후열을 하기 위해 열을 발생시키는 제1가열장치(미도시)가 설치된다.
이러한 제1가열장치는 UV(자외선) 레이저로 이루어지고, 분말이 배출되는 호퍼 형태의 분말 공급부(100)의 배출구에 마련된다.
또한, 분말 공급부(100)의 내부에는 분말이 응집되는 것을 방지하기 위한 스크류가 설치될 수 있다.
제품 조형부(200)는 분말 공급부(100)의 일측에 위치하여 분말 공급부(100)로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 것으로서, 제품 조형 챔버(210)와, 출력물 베드(230)를 포함한다.
제품 조형 챔버(210)는 중공 형태로 이루어져 분말 수용 챔버의 일측에 위치하는 것으로서, 분말 공급부(100)에서 공급된 분말이 레이저에 의해 소결된 상태 하에서 원하는 형상의 제품으로 조형되어지는 공간을 의미한다.
이러한 제품 조형 챔버(210)는 전술한 제1관점에서와 같이 분말 공급이 원활하도록 분말 수용 챔버의 상단과는 제1연결부(C1)를 통해 연결되는 구조일 수 있고, 제1연결부(C1)는 일예로서 분말 수용 챔버에서 제품 조형 챔버(210) 측으로 갈수록 하방으로 기울어지는 형태일 수 있다.
출력물 베드(230)는 제품 조형 챔버(210) 내에서 기설정된 프로그램에 따라 상하로 이동하도록 이루어지며, 이송 유닛에 의해 이송된 분말이 펼쳐지는 것으로서, 그 하부에 결합된 제2구동부(240)를 통해 상하 이동 가능하게 된다.
이러한 제2구동부(240)는 출력물 베드(230)의 하부에 일단이 고정되고 타단은 제품 조형 챔버(210)의 내부에서 하방으로 연장된 제2승강로드(미도시)와, 제2승강로드를 상하로 이동시키기 위한 제2구동모터(미도시)를 포함하며, 제2승강로드 주위에 하나 이상의 제2가이드(미도시)가 배치된 상태에서 제2승강로드와 함께 상하로 승강하면서 출력물 베드(230)의 이동을 안내하게 된다.
이때, 제품 조형부(200)의 출력물 베드(230)에는 전술한 제2관점에서와 같이, 적층된 분말의 보온 및 항습, 출력물 베드(230)의 표면 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 적외선 램프 또는 히팅 코일 형태로 이루어진 제2가열장치가 내설될 수 있다.
한편, 도 12에 도시된 바와 같이 제품 조형부(200)의 출력물 베드(230) 일측 상부에는 분말을 공급하기 위한 분말 공급부(100)가 배치되고, 분말 공급부(100)와 대향하는 출력물 베드(230)의 타측 상부에는 레이저를 조사하여 분말을 용융하고자 하는 영역에만 바인더(B)를 토출하기 위한 바인더 제트부(300)가 배치된다.
이에 따라, ① 분말 공급부(100)는 출력물 베드(230)의 일측으로부터 타측으로 이동하면서 출력물 베드(230)에 분말을 공급한 다음 정지하고, ② 출력물 베드(230)의 타측에 위치한 분말 공급부(100)와 바인더 제트부(300)는 함께 출력물 베드(230)의 타측으로부터 일측으로 이동하되 분말 공급부(100)의 분말 공급은 중단한 상태로 용융하고자 하는 분말 영역에 바인더(B)를 토출한 다음 정지하며, 도 13에 도시된 바와 같이 ③ 바인더(B)가 토출된 분말 영역(S)에 레이저를 조사하여 용융 및 소결시키는 상기 ①②③ 과정들을 반복함으로써 최종 성형물을 출력하도록 이루어진다.
이러한 바인더 제트부(300)는 도 15에 도시된 바와 같이, 저면(310)에 복수의 미세공(312)이 관통 형성된 용기 형태로 이루어지고, 복수의 미세공(312)을 통해 레진으로 이루어진 바인더(B)가 액상 토출 방식으로 분사되도록 형성된다.
이와 같이 분말에 바인더(B)를 토출함으로써 출력물 베드(230)에 도포되는 분말과 분말 간의 결속력을 강화하고 분말의 용융을 극대화하여 출력된 성형물의 내구성을 증대시킬 수 있게 된다.
한편, 출력물 베드(230)의 타측 근방에 위치한 제품 조형부(200)에는 바인더 제트부(300)를 세척하기 위한 세척 공간(250)이 도 14에 도시된 바와 같이 홈 형태로 형성되는데, 최종 성형물이 성형되면 바인더 제트부(300)는 세척 공간(250)에 위치하여 세척되도록 이루어진다.
이와 같은 세척 공간(250)에는 소정의 세척액이 수용되고, 바인더 제트부(300)가 세척 공간(250) 내로 투입되면 세척액에 의해 세척되도록 할 수 있다.
다른 방법으로, 세척 공간(250) 내에 브러쉬 등을 설치하여 바인더 제트부(300)를 세척할 수도 있고, 기타 다양한 구성으로 이를 구현할 수 있다.
이처럼 바인더 제트부(300)를 세척함으로써, 레진으로 이루어진 바인더(B)가 일정시간 경과후 딱딱하게 굳어 작업이 원활하게 이루어지지 않는 상황을 미연에 방지할 수 있게 된다.
이때, 분말 공급부(100)에 수용되어 사용되는 분말은 탄소, 세라믹, 폴리머, 금속 중 어느 하나의 분말인 것이 바람직하다.
아울러, 분말 공급부(100)와 제품 조형부(200)를 수용하는 케이스의 내측 상단에는, 전술한 제2관점에서와 같이 제3가열장치를 배치할 수도 있는데, 제3가열장치는 케이스의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 램프와, 램프의 일측에 위치하여 램프로부터 발생되는 열을 필요한 부분으로 반사시킬수 있도록 회동가능하게 설치되는 반사경을 포함하여 이루어진다.
또한, 케이스의 내부에는 복수의 온도센서가 영역별로 각각 설치되고, 복수의 온도센서는 케이스의 내부 각 영역별 온도를 감지한 다음 반사경으로 신호를 전달함으로써, 반사경이 케이스의 내부에서 온도가 낮은 영역을 향하도록 하여 열을 반사시키도록 한다.
이와 같은 반사경에는 구동모터가 결합되고, 구동모터는 복수의 온도센서로부터 전기적인 신호를 받을 수 있도록 연결되어 반사경의 회동 각도를 조절하게 된다. 이때, 구동모터는 스텝모터인 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10 : 분말 공급부 11 : 분말 수용 챔버
13 : 공급 플레이트 15 : 이송 유닛
20 : 제품 조형부 21 : 제품 조형 챔버
23 : 출력물 베드 30 : 분말 회수부
40 : 레이저 조사장치 42 : 가변렌즈

Claims (7)

  1. 내부에 분말이 수용되는 분말 수용 챔버와, 상기 분말 수용 챔버 내에서 기설정된 프로그램에 따라 상하 이동하는 과정을 통해 수용된 분말 중 일부분을 상기 분말 수용 챔버의 상단으로 노출되게 하고 분말을 예열하기 위해 적외선 램프 또는 히팅 코일 형태로 이루어진 제1가열장치가 내설된 공급 플레이트를 포함하여 이루어진 분말 공급부;
    상기 분말 수용 챔버의 일측에 위치하는 제품 조형 챔버와, 상기 제품 조형 챔버 내에서 기설정된 프로그램에 따라 상하로 이동하도록 이루어지며 상기 분말 공급부로부터 공급된 분말이 펼쳐져 적층되고 적외선 램프 또는 히팅 코일 형태로 이루어진 제2가열장치가 내설된 출력물 베드를 포함하여 이루어진 제품 조형부;
    상기 출력물 베드에 펼쳐진 분말에 레이저를 조사하도록 상기 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에 레이저의 조사방향이 상기 출력물 베드를 향하도록 설치되되, 하부에는 레이저의 초점거리를 가변시키고 레이저의 조사 각도를 조절할 수 있도록 가변렌즈가 회동 가능하게 결합되는 레이저 조사장치; 및
    상기 제품 조형부를 기준으로 상기 분말 공급부와 반대쪽에 배치되어 상기 분말 수용 챔버로부터 제품 조형 챔버로 공급된 분말 중 소결이 이루어지지 않은 분말이 회수되고, 중공 형태로 이루어진 내부 형상이 상부에서 중간부분으로 갈수록 폭이 좁아지다가 중간부분에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지는 형태로 형성되며 상기 중간부분에는 사용가능한 분말을 분리할 수 있도록 필터가 마련되는 분말 회수부;를 포함하고,
    상기 분말 공급부로부터 제품 조형부로 분말이 공급되는 방향의 축을 X축, 상기 X축과 직교하는 축을 Y축, 상기 케이스의 상하 높이 방향의 축을 Z축이라고 가정하면, 상기 케이스의 내부 상단에는 X축 프레임, Y축 프레임 및 Z축 프레임이 상호간 슬라이딩 가능하게 결합되어 설치되며,
    상기 레이저 조사장치는, 상기 X축 프레임, Y축 프레임 및 Z축 프레임 중 어느 하나의 프레임에 결합시켜 출력물 베드 상면을 기준으로 전후좌우 방향 및 상기 출력물 베드 상면의 상부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 이루어지는 것 특징으로 하는 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에 설치되어 상기 케이스의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 제3가열장치를 더 포함하고,
    상기 제3가열장치는 열을 발생시키는 램프와, 상기 램프의 일측에 위치하여 상기 램프로부터 발생되는 열을 필요한 부분으로 반사시킬수 있도록 회동가능하게 설치되는 반사경을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 케이스의 내부에는 복수의 온도센서가 영역별로 각각 설치되고, 상기 복수의 온도센서는 상기 케이스의 내부 각 영역별 온도를 감지한 다음 상기 반사경으로 신호를 전달함으로써, 상기 반사경이 상기 케이스의 내부에서 온도가 낮은 영역을 향하도록 하여 열을 반사시키는 것을 특징으로 하는 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
KR1020170158177A 2017-11-24 2017-11-24 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3d 프린터 KR101855184B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170158177A KR101855184B1 (ko) 2017-11-24 2017-11-24 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3d 프린터
PCT/KR2017/013768 WO2019103218A1 (ko) 2017-11-24 2017-11-29 3d 프린터
US16/307,987 US20210221060A1 (en) 2017-11-24 2017-11-29 3d printer
US17/496,319 US20220048252A1 (en) 2017-11-24 2021-10-07 3d printer
US17/496,114 US20220048251A1 (en) 2017-11-24 2021-10-07 3d printer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170158177A KR101855184B1 (ko) 2017-11-24 2017-11-24 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3d 프린터

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101855184B1 true KR101855184B1 (ko) 2018-05-11

Family

ID=62185771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170158177A KR101855184B1 (ko) 2017-11-24 2017-11-24 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3d 프린터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101855184B1 (ko)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200017599A (ko) * 2018-08-01 2020-02-19 한국생산기술연구원 분말 분급량 조절 가능한 3d 프린팅 장치 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법
KR20200071806A (ko) * 2018-11-30 2020-06-22 주식회사 대건테크 경화방지유닛을 구비한 3d프린터
CN111347042A (zh) * 2020-03-25 2020-06-30 上海联泰科技股份有限公司 辐射装置、铺粉装置、3d打印设备及其控制方法和装置
KR20200078161A (ko) * 2018-12-21 2020-07-01 부산대학교 산학협력단 미세 와이어 제조방법
KR102157874B1 (ko) * 2019-03-20 2020-09-18 조선대학교산학협력단 플라즈마 전자빔을 이용한 금속 적층 제조 공정용 분말공급장치
KR20210016131A (ko) 2019-07-31 2021-02-15 한국기계연구원 베드의 일부 영역에서 3차원 프린팅이 가능한 3차원 프린팅 방법 및 이에 사용되는 3차원 프린터
CN112916881A (zh) * 2021-01-21 2021-06-08 宁波大学 一种用于缩小大尺寸3d打印装备成型体积的装置
KR102372125B1 (ko) * 2020-11-19 2022-03-11 주식회사 에스에프에스 바인더 젯 3d프린터
KR102373953B1 (ko) 2020-10-15 2022-03-17 한국기계연구원 고정 테이블 및 승강 테이블을 구비한 3차원 프린터 및 이를 이용한 3차원 프린팅 방법
CN117774317A (zh) * 2024-02-27 2024-03-29 江苏永年激光成形技术有限公司 一种用于增材制造的热粉储送集成系统
WO2024096474A1 (ko) * 2022-10-31 2024-05-10 (주)유니테크쓰리디피 3d 프린팅 장치
KR20240138643A (ko) 2023-03-09 2024-09-20 한국기계연구원 단일 스캐너를 활용한 대형 pbf 프린팅 장치 및 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07106602B2 (ja) * 1991-04-13 1995-11-15 株式会社アウストラーダ 光造形法
JP2005335199A (ja) * 2004-05-26 2005-12-08 Matsushita Electric Works Ltd 三次元形状造形物の製造における粉末材料再生方法及び粉末材料再生装置
KR20150113150A (ko) * 2013-01-31 2015-10-07 지멘스 에너지, 인코포레이티드 슬래그 제거 장치 및 방법
KR20160141144A (ko) * 2015-05-28 2016-12-08 한국광기술원 3차원 레이저 소결 프린터 장치
KR101697117B1 (ko) * 2015-09-11 2017-01-18 윈포시스(주) 3차원 프린터

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07106602B2 (ja) * 1991-04-13 1995-11-15 株式会社アウストラーダ 光造形法
JP2005335199A (ja) * 2004-05-26 2005-12-08 Matsushita Electric Works Ltd 三次元形状造形物の製造における粉末材料再生方法及び粉末材料再生装置
KR20150113150A (ko) * 2013-01-31 2015-10-07 지멘스 에너지, 인코포레이티드 슬래그 제거 장치 및 방법
KR20160141144A (ko) * 2015-05-28 2016-12-08 한국광기술원 3차원 레이저 소결 프린터 장치
KR101697117B1 (ko) * 2015-09-11 2017-01-18 윈포시스(주) 3차원 프린터

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102115258B1 (ko) 2018-08-01 2020-05-27 한국생산기술연구원 분말 분급량 조절 가능한 3d 프린팅 장치 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법
KR20200017599A (ko) * 2018-08-01 2020-02-19 한국생산기술연구원 분말 분급량 조절 가능한 3d 프린팅 장치 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법
KR102202664B1 (ko) * 2018-11-30 2021-01-13 (주)대건테크 경화방지유닛을 구비한 3d프린터
KR20200071806A (ko) * 2018-11-30 2020-06-22 주식회사 대건테크 경화방지유닛을 구비한 3d프린터
KR20200078161A (ko) * 2018-12-21 2020-07-01 부산대학교 산학협력단 미세 와이어 제조방법
KR102145002B1 (ko) 2018-12-21 2020-08-14 부산대학교 산학협력단 미세 와이어 제조방법
KR102157874B1 (ko) * 2019-03-20 2020-09-18 조선대학교산학협력단 플라즈마 전자빔을 이용한 금속 적층 제조 공정용 분말공급장치
KR20210016131A (ko) 2019-07-31 2021-02-15 한국기계연구원 베드의 일부 영역에서 3차원 프린팅이 가능한 3차원 프린팅 방법 및 이에 사용되는 3차원 프린터
CN111347042A (zh) * 2020-03-25 2020-06-30 上海联泰科技股份有限公司 辐射装置、铺粉装置、3d打印设备及其控制方法和装置
KR102373953B1 (ko) 2020-10-15 2022-03-17 한국기계연구원 고정 테이블 및 승강 테이블을 구비한 3차원 프린터 및 이를 이용한 3차원 프린팅 방법
KR102372125B1 (ko) * 2020-11-19 2022-03-11 주식회사 에스에프에스 바인더 젯 3d프린터
WO2022108228A1 (ko) * 2020-11-19 2022-05-27 주식회사 에스에프에스 바인더 젯 3d프린터
CN112916881A (zh) * 2021-01-21 2021-06-08 宁波大学 一种用于缩小大尺寸3d打印装备成型体积的装置
WO2024096474A1 (ko) * 2022-10-31 2024-05-10 (주)유니테크쓰리디피 3d 프린팅 장치
KR20240138643A (ko) 2023-03-09 2024-09-20 한국기계연구원 단일 스캐너를 활용한 대형 pbf 프린팅 장치 및 방법
CN117774317A (zh) * 2024-02-27 2024-03-29 江苏永年激光成形技术有限公司 一种用于增材制造的热粉储送集成系统
CN117774317B (zh) * 2024-02-27 2024-05-07 江苏永年激光成形技术有限公司 一种用于增材制造的热粉储送集成系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101855184B1 (ko) 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3d 프린터
US20220048251A1 (en) 3d printer
US10882302B2 (en) Powder delivery for additive manufacturing
TWI781232B (zh) 分配系統與在積層製造設備中分配粉末的方法
US10882111B2 (en) Apparatus for fusing of multiple layers in additive manufacturing
US11801633B2 (en) Apparatuses for continuously refreshing a recoater blade for additive manufacturing including a blade feed unit and arm portion
KR101676606B1 (ko) 3d 프린터용 분말 공급장치
FI84329C (fi) Foerfarande och apparat foer framstaellning av en detalj.
US11241827B2 (en) Method and apparatus for solid freeform fabrication of objects with improved resolution
US20170036238A1 (en) Device and method for powder distribution and additive manufacturing method using the same
KR101855185B1 (ko) 가열장치를 구비한 3d 프린터
CN111225758B (zh) 粉末供给装置以及三维层叠造型装置
CN104159724A (zh) 三维形状造型物的制造方法
KR101855186B1 (ko) 바인더 제트부를 구비한 3d 프린터
KR101948587B1 (ko) 유리섬유를 이용한 3d프린터
US20230373158A1 (en) Method and apparatus for digital fabrication and structure made using the same
KR102130343B1 (ko) 레이저와 분말을 이용한 3차원 형상 제조장치
JP2005169878A (ja) 三次元物体の造形方法および造形装置
KR102064034B1 (ko) 3차원 금속 프린팅용 노즐장치
KR20210104287A (ko) 3d 프린터의 성형높이 조절방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant