KR101872213B1 - 3차원 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부공간이 마련된 챔버; 상기 챔버의 내부에서 상하로 슬라이드 이동 가능하게 설치되며 공급된 금속 분말이 다수의 분말층으로 순차적으로 적층되면서 제조하고자 하는 제품으로 용착되는 작업 테이블; 상기 작업 테이블의 상부로 공급되는 금속 분말이 저장되는 분말 저장부; 상기 분말 저장부에 저장된 금속 분말을 흡입하여 상기 작업 테이블의 상부로 공급하면서 도포하는 블레이드; 상기 챔버의 상부에 위치하며, 용착하고자 하는 패턴 형상의 외형선을 따라 상기 작업 테이블에 도포된 금속 분말층에 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드부; 상기 레이저 헤드부에 구비되는 플레이트부; 및 상기 작업 테이블와 상기 블레이드 및 상기 레이저 헤드부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 플레이트부는 레이저빔이 조사되는 상기 레이저 헤드부의 일단에 구비되고, 상기 플레이트부는 비전도성 재질인 고무 재질이며, 상기 챔버 내부에서 용착 작업 중 비산되는 금속 분말이 상기 레이저 헤드부에서 조사되는 레이저빔과 반응하여 발생되는 정전기를 방지하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터를 제공한다.
따라서, 레이저빔을 조사되는 레이저 헤드부의 일단에 고무재질의 플레이트부를 장착하여 챔버 내부에 비산되는 금속 분말과 반응하여 정전기가 발생되는 것을 방지하여 성형되는 제품의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

3차원 프린터{THREE-DIMENSIONAL PRINTER}

본 발명은 3차원 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 분말을 소결하여 3차원 조형물로 제작하는 작업 도중 레이빔의 조사 시 비산되는 금속 분말과 반응하여 정전기가 발생하는 것을 방지할 수 있는 3차원 프린터에 관한 것이다.

일반적으로, CAD 프로그램으로 설계한 컴퓨터 파일에서 입체로 된 기계 부품 등을 인쇄하듯 실물모형을 만드는 장치를 3차원 프린터라고 하며, 3차원 프린터의 발전과 확산이 제조업계의 화두로 등장하였다.

3차원 프린터 방식에는 광경화성 수지에 레이저 광선을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(Stereo Lithographic Apparatus)와, SLA에서의 광경화성 수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속 분말을 사용하며 레이저 광선을 주사하여 고결(固結)시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS(Selective Laser Sintering)와, 접착제가 칠해져 있는 종이를 원하는 단면으로 레이져 광선을 이용하여 절단하여 한층씩 적층하여 성형하는 LOM(Laminated Object Manufacturing)과, 잉크젯(Ink-Jet) 프린터 기술을 이용한 BPM(Ballistic Particle Manufacturing) 등이 있다. 레이저 기반 방법들은 1980년대 초반/1990년대 초반에 미국 오스틴의 UOT(University of Texas)에서 개발되었으며, 3D 프린팅 또는 선택적 레이저 소결로서 공지되어 있다.

SLS 기술로 종래의 중합체 분말을 비롯한 다양한 분말 물질로부터 높은 해상도 및 치수정밀도를 갖는 3차원 물품의 직접적 제조가 가능해졌다. SLS(Selective Laser Sintering)은 그 전문이 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제4,863,568호에 기재되어 있다. 선택적 레이저 소결법은 디티엠 코포레이션(DTM Corporation)에 의해 상용화되었다. 선택적 레이져 소결법은 얇은 분말층을 평면상에 펴는 것을 포함한다.

분말은 카운터-롤링(counter-rolling) 메카니즘 또는 카운터-롤러(counter-roller)로 당업계에 알려진, 선택적 레이저 소결법에 사용하기 위해 개발된 도구를 사용하여 작업대 위에 펼친다. 연속적인 분말층들을 카운터-롤러를 사용하여 이미 형성된 층 상에 편 후, 레이저로 소결 또는 용융시킨다. 분말층을 표면상에 편 후, 레이저를 사용하여 레이저 에너지를 예정된 2차원 패턴으로 분말상에 가한다. 레이저는 레이저 빔 에너지가 충돌한 영역에서 분말을 함께 소결 또는 용융시킨다. 분말은 플라스틱, 금속, 중합체, 세라믹 또는 복합체일 수 있다.

그러나 종래 이러한 분말을 재료로 하는 3차원 프린터의 경우, 3차원 입체 성형 과정에서 작업대의 움직임 등에 의해 분말이 비산되면서 작업대에 레이저를 조사 시 레이저가 조사되는 지점에서 정전기가 발생되는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 3차원 조형물로 제작하는 과정에서 작업 테이블로 레어저빔을 조사하는 레이저 헤드부에 고무재질의 플레이트부를 장착하여 레이저 헤드부의 레이저빔이 조사되는 부위에서 비산되는 금속 분말과 반응하여 정전기가 발생하는 것을 방지하는 3차원 프린터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부공간이 마련된 챔버; 상기 챔버의 내부에서 상하로 슬라이드 이동 가능하게 설치되며 공급된 금속 분말이 다수의 분말층으로 순차적으로 적층되면서 제조하고자 하는 제품으로 용착되는 작업 테이블; 상기 작업 테이블의 상부로 공급되는 금속 분말이 저장되는 분말 저장부; 상기 분말 저장부에 저장된 금속 분말을 흡입하여 상기 작업 테이블의 상부로 공급하면서 도포하는 블레이드; 상기 챔버의 상부에 위치하며, 용착하고자 하는 패턴 형상의 외형선을 따라 상기 작업 테이블에 도포된 금속 분말층에 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드부; 상기 레이저 헤드부에 구비되는 플레이트부; 및 상기 작업 테이블와 상기 블레이드 및 상기 레이저 헤드부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 플레이트부는 레이저빔이 조사되는 상기 레이저 헤드부의 일단에 구비되고, 상기 플레이트부는 비전도성 재질인 고무 재질이며, 상기 챔버 내부에서 용착 작업 중 비산되는 금속 분말이 상기 레이저 헤드부에서 조사되는 레이저빔과 반응하여 발생되는 정전기를 방지하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터를 제공한다.

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본 발명에 따른 3차원 프린터는 레이저빔을 조사되는 레이저 헤드부의 일단에 고무재질의 플레이트부를 장착하여 챔버 내부에 비산되는 금속 분말과 반응하여 정전기가 발생되는 것을 방지하여 성형되는 제품의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구번위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 프린터(100)는 챔버(110)와, 작업 테이블(120)과, 분말 저장부(130)와, 블레이드(140)와, 레이저 헤드부(150)와, 플레이트부(160)와, 제어부(170)를 포함한다.

상기 챔버(110)는 작업공간을 형성하며, 상기 챔버(110)의 내부에는 작업 테이블(120)이 설치된다. 상기 작업 테이블(120)은 상기 챔버(110)의 내부에 상하로 슬라이드 이동 가능하게 설치되며, 상기 작업 테이블(120)은 별도의 승하강기구(미도시)와 연결되어 상기 승하강기구(미도시)의 동작에 의해 상기 챔버(110)의 내부에서 상하로 슬라이드 이동하면서 승강 및 하강하게 된다. 상기 승하강기구(미도시)는 후술되는 제어부(170)에 의해 제어되므로 상기 작업 테이블(120)의 승하강이 제어부(170)에 의해 제어된다.

상기 작업 테이블(120)의 상부로 공급되는 금속 분말은 분말 저장부(130)에 저장되며, 상기 분말 저장부(130)는 상기 작업 테이블(120)을 중심으로 대응되게 상기 작업 테이블(120)의 양측에 구비되는 바람직하다.

상기 분말 저장부(130)에 저장된 금속 분말은 블레이드(140)에 의해 상기 작업 테이블(120)의 상부로 공급되면서 도포된다. 상기 블레이드(140)는 상기 분말 저장부(130)에 저장된 금속 분말을 흡입한 후 상기 작업 테이블(120)의 상부로 이동하면서 흡입한 금속 분말을 상기 작업 테이블(120)의 상부로 공급하면서 일정한 두께로 도포하는 역할을 한다.

상기 블레이드(140)는 별도의 이동부재(미도시) 및 진공부재(미도시)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 이동부재(미도시)는 상기 블레이드(140)를 상기 작업 테이블(120)의 상부에서 좌우로 이동시키는 역할을 하고, 상기 진공부재(미도시)는 상기 블레이드(140)가 상기 분말 저장부(130)에 저장된 금속 분말을 흡입 후 상기 작업 테이블(120)의 상부로 배출하는 역할을 한다.

상기 챔버(110)의 상부에는 상기 블레이드(140)에 의해 상기 작업 테이블(120)에 도포된 금속 분말층에 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드부(150)가 구비된다. 상기 레이저 헤드부(150)는 상기 작업 테이블(120)에 도포된 금속 분말층에 용착하고자 하는 패턴 형상의 외형선을 따라서 레이저빔을 조사함으로써 금속 분말층을 원하는 형상으로 소결시키게 된다.

상기 레이저 헤드부(150)에는 플레이트부(160)가 장착되는 것이 바람직하며, 상기 플레이트부(160)는 레이저빔이 조사되는 상기 레이저 헤드부(150)의 일단에 장착되는 것이 바람직하고, 상기 플레이트부(160)는 정전기 발생을 방지하는 역할을 하며, 정전기 발생을 방지하기 위해 고무 재질을 가지는 것이 바람직하다. 상기 플레이트부(160)은 고무 재질로 한정되는 것은 아니며, 정전기 발생을 억제할 수 있는 비전도성 재질을 가질 수 있다. 상기 플레이트부(160)가 상기 레이저 헤드부(150)의 일단에 장착됨으로써 상기 챔버(110) 내부에 작업 중 비산되는 금속 분말이 상기 레이저 헤드부(150)에서 레이저빔이 조사 시 반응하여 발생되는 정전기를 방지하게 된다.

상기 작업 테이블(120)의 이동과 상기 블레이드(140)의 이동 및 상기 레이저 헤드부(150)의 동작은 제어부(170)에 의해 제어되며, 상기 제어부(170)는 상기 흡수부(미도시)의 동작 역시 제어하는 것이 바람직하다.

상기 제어부(170)가 상기 작업 테이블(120)과 상기 블레이드(140) 및 상기 레이저 헤드부(150)의 동작을 순차적으로 제어함으로써 공급되는 금속 분말이 소결되면서 상기 작업 테이블(120)의 상부에 적층되어 제품으로 제작되게 된다.

따라서, 레이저빔을 조사되는 레이저 헤드부(150)의 일단에 고무재질의 플레이트부(160)를 장착하여 챔버(110) 내부에 비산되는 금속 분말과 반응하여 정전기가 발생되는 것을 방지하여 성형되는 제품의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균든한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 3차원 프린터 110 : 챔버
120 : 작업 테이블 130 : 분말 저장부
140 : 블레이드 150 : 레이저 헤드부
160 : 플레이트부 170 : 제어부

Claims (2)

1. 내부공간이 마련된 챔버;
   상기 챔버의 내부에서 상하로 슬라이드 이동 가능하게 설치되며 공급된 금속 분말이 다수의 분말층으로 순차적으로 적층되면서 제조하고자 하는 제품으로 용착되는 작업 테이블;
   상기 작업 테이블의 상부로 공급되는 금속 분말이 저장되는 분말 저장부;
   상기 분말 저장부에 저장된 금속 분말을 흡입하여 상기 작업 테이블의 상부로 공급하면서 도포하는 블레이드;
   상기 챔버의 상부에 위치하며, 용착하고자 하는 패턴 형상의 외형선을 따라 상기 작업 테이블에 도포된 금속 분말층에 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드부;
   상기 레이저 헤드부에 구비되는 플레이트부; 및
   상기 작업 테이블와 상기 블레이드 및 상기 레이저 헤드부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
   상기 플레이트부는 레이저빔이 조사되는 상기 레이저 헤드부의 일단에 구비되고,
   상기 플레이트부는 비전도성 재질인 고무 재질이며, 상기 챔버 내부에서 용착 작업 중 비산되는 금속 분말이 상기 레이저 헤드부에서 조사되는 레이저빔과 반응하여 발생되는 정전기를 방지하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
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