KR101929751B1 - 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치 - Google Patents

불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 분말 등을 이용하는 과정에서 발생된 퓸(fume), 기타 불순물 등을 간단하게 제거할 수 있는 새로운 구조의 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 관한 것이다.
본 발명은, 차원 조형물 제조를 위한 챔버부; 상기 챔버부 내로 불활성 기체를 공급하는 불활성 기체 공급부; 상기 챔버부와 연결되어 상기 챔버부로부터 유출되는 불활성 기체 내 불순물을 제거하는 불순물 제거부; 및 상기 챔버부, 블활성 기체 공급부 및 불순물 제거부를 각각 연결하는 복수의 연결부;를 포함하는 3차원 조형물 제조장치를 제공한다.

Description

불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치{APPARATUS FOR THREE DIMENSIONAL OBJECT HAVING IMPURITIES REMOVING PART}
본 발명은 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 분말 등을 이용하는 과정에서 발생된 퓸(fume), 기타 이물질 등을 포함하는 불순물을 간단하게 제거할 수 있는 새로운 구조의 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 관한 것이다.
3차원 조형물 제조장치인 3D 프린터는 모형의 단면을 세분화 시켜 인쇄 적층하는 방식으로 어떤 모형이든지 만들어 낼 수 있는 프린터이다.
3D 프린터는 ABS 소재, 금속 분말 등 다양한 소재를 이용하여 연속적으로 소정의 층을 적층하고, 적층된 층에 대하여 레이저 소결 방법을 적용하여 3차원의 제품을 완성한다.
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 레이저 광선을 이용하여 절단하여 한층씩 적층하여 성형하는 LOM(Laminated Object Manufacturing)과, 잉크젯(Ink-Jet) 프린터 기술을 이용한 BPM(Ballistic Particle Manufacturing) 등이 있다. 레이져 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 Coporation)에 의해 상용화되었다. 선택적 레이저 소결법은 얇은 분말층을 평면상에 펴는 것을 포함한다.
도 1에 종래 선택적 레이저 소결법에 사용되는 3차원 프린터를 나타내었다. 3차원 프린터는 챔버(110)와, 레이저 장치(120)와, XY 테이블(126)과, 베드(130)와, 코터기(140)를 포함하여 이루어진다.
챔버(110)는 작업공간을 형성한다. 레이저 장치(120)는, 챔버(110) 내에 위치하고, 레이저 발생기(122) 및 반사경을 포함하는 인쇄헤드(124)로 이루어진다.
XY 테이블(126)은 스크류 가이드(액츄에이터; 미도시)를 이용해 인쇄헤드(124)의 위치를 XY 방향으로 자유롭게 이동시켜 레이저가 원하는 위치에 정확하게 조사될 수 있도록 한다.
베드(130)는, 피스톤(132)을 이용해 Z축 방향으로 수직 이동할 수 있도록 설치된다. 또한 베드(130)는 상면에 놓여진 분말소재가 레이저에 의해 소결되면, 피스톤(132)에 의해 아래로 수직 하강하여 소결된 분말소재 위에 새로운 분말소재가 일정두께로 적층될 수 있도록 한다. 또한 베드(130)에는 온도를 높여주기 위한 히터(134) 및 히터의 온도를 조절하기 위한 제어장치(미도시)가 설치될 수 있다. 히터(134)로는 할로겐 히터가 사용될 수 있으며, 제어장치는 히터(134)의 온도를 제어하여 베드(130)가 정확한 온도로 가열될 수 있도록 한다.
상기 코터기(140)는 분말 공급부(150)에서 베드(130)로 이동하면서 베드(130)에 분말층을 형성한다.
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 분물층들을 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.
레이저 발생기(122)는 분말소재를 녹여주기 위한 고출력 Co2 레이저를 발생시킨다. 레이저에 의해 발생되는 레이저 빔은 렌즈를 구비한 수습 장치에 의해 적업면 중의 있는 위치에 수습되고 분말을 고화시킨다. 특히 분말 재료하고 특정 고분자를 이용할 경우에는 모노머가 분말에서 이탈해 렌즈 상에 석출되어 렌즈의 투명도는 작업 진행 과정 중에 점차 감소한다. 이것은 레이저 빔의 점증적 흡수를 일으켜 작업면에서의 레이저 밤의 강도가 감소한다. 이러한 강도의 감소에 의해 형성되는 물체의 품질은 저하한다는 문제점이 있었다.
또한, 금속 분말은 산소와의 접촉 면적이 넓어 레이저와 같은 고온에 노출되면 분진 폭발의 위험성이 발생되므로, 종래 이러한 현상을 방지하기 위해 3차원 조형물은 밀폐된 챔버 내에서 아르곤(Ar) 등과 같은 불활성 가스 분위기 하에서 제작되고 있다.
그러나, 불활성 가스 분위기하에서 금속 분말을 소재로 하여 3차원 조형물이 제작되는 경우라도 고온의 레이저와 맞닿은 금속 분말이 용융되면서 금속 증기 등의 퓸(fume)이 발생되고, 이러한 퓸(fume)은 상승하여 레이저가 분사되는 인쇄헤드의 출구 주변에 경화되어 굳어버리는 현상이 발생된다.
또한, 이러한 퓸 발생 현상이 심하게 되면 인쇄 헤드의 출구가 막히게 되고 이는 레이저 분사 능력의 저하를 초래하여 결국 사용자가 원하는 조형물이 제작될 수 없게 된다.
전술한 배경기술에 기재된 도면부호는 종래기술을 설명하기 위한 도1에만 적용되며, 아래의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재된 도면부호는 도2 내지 도6에 적용된다. 따라서, 배경기술에 기재된 도면부호와 아래의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재된 도면부호가 동일하더라도 동일한 구성요소를 의미하는 것은 아니다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 금속 분말을 이용하는 3차원 프린팅 과정 중 발생되는 퓸(fume) 등의 불순물을 제거할 수 있는 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치는, 차원 조형물 제조를 위한 챔버부; 상기 챔버부 내로 불활성 기체를 공급하는 불활성 기체 공급부; 상기 챔버부와 연결되어 상기 챔버부로부터 유출되는 불활성 기체 내 불순물을 제거하는 불순물 제거부; 및 상기 챔버부, 블활성 기체 공급부 및 불순물 제거부를 각각 연결하는 복수의 연결부;를 포함하는 불순물 제거부를 포함한다.
본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서, 상기 불순물 제 거부는 상기 필 터부; 및 상기 챔버부로부터 불순물 제 거부로의 불활성 기체 흐름을 유도하기 위한 진공펌프부;를 포함하는 불순물 제거부를 포함한다.
본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서,
상기 진공펌프부는 진공을 인가하여 압력 차이에 의해 챔버부 내의 불활성 기체가 필터부로 이동되도록 진공에 의한 구동력을 인가하게 된다.
본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서, 상기 필터부는 상기 챔버부로터 이동된 불활성 기체 내에 포함된 퓸 등의 금속분말을 제거하기 위해 적합한 필터라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서,
상기 연결부는 상기 챔버부로부터 불활성 기체를 불순물 제거부로 이동시키기 위한 제1 연결부; 상기 불순물 제거부에서 불순물이 제거된 불활성 기체가 다시 챔버부로 이동시키기 위한 제2 연결부; 및 상기 불활성 기체 공급부와 상기 챔버부를 연결시키는 제3 연결부;를 포함하는 것인 불순물 제거부를 포함한다.
본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서,
상기 제2 연결부와 상기 제3 연결부는 하나로 연결되어 챔버부와 연결되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서, 상기 제2 연결부와 상기 제3 연결부는 하나로 연결되어 챔버와 연결됨으로써 챔버 내로 도입되는 불활성 기체를 좀 더 정량적으로 조절할 수 있게 된다.
본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서, 상기 제2 연결부와 상기 제3 연결부의 연결지점에는 3방향 밸브가 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서, 상기 제2 연결부에는 상기 불순물 제거부를 통과한 공기 내의 불순물 잔류 여부를 측정하기 위한 센서부를 더 포함하는 것이 가능하다.
본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서, 상기 챔버부로부터 불활성 기체를 불순물 제거부로 이동시키기 위한 제1 연결부는 챔버의 하부와 연결되고, 상기 불순물 제거부에서 불순물이 제거된 불활성 기체가 다시 챔버부로 이동시키기 위한 제2 연결부;는 챔버의 상부와 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서, 상기 제1 연결부, 제2 연결부 및 제3 연결부에는 불활성 기체 흐름을 조절하기 위한 장치가 추가될 수 있으며, 이들과 공기의 흐름을 일으키는 구동력이 되는 상기 불순물 제거부의 진공펌프의 동작을 상호 조절하기 위한 제어부가 포함되는 것이 가능하다.
본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서, 상기 제1 연결부에는 상기 챔버부로부터 유출되는 불활성 기체 내 불순물을 포집하기 위한 포집부가 설치될 수 있다.
본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서, 상기 포집부는 상기 진공펌프부에 의해 사이클론(cyclone)을 발생시키는 사이클론 발생부; 및 상기 사이클론 발생부와 연결되며, 상기 챔버부로부터 유출된 불활성 기체가 상기 사이클론 발생부를 통과할 때에 불활성 기체 내 불순물을 포집하기 위한 포집 호퍼;를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치는 3차원 조형 과정 중 퓸 및 비산하는 금속분말을 포함하는 불활성 기체 내 불순물들을 제거함으로써 3차원 조형 과정에서 금속 퓸에 의해 발생되는 레이저 출력 약화, 챔버 내의 분위기 오염 등의 문제를 해결하고 3차원 조형 과정의 정확도를 높이는 효과를 나타낸다.
도 1은 종래 3D 프린터를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3는 도 2의 불순물 제거부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 포집부를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시예 따른 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치는, 3차원 조형물 제조를 위한 챔버부(100); 상기 챔버부(100) 내로 불활성 기체를 공급하는 불활성 기체 공급부(300); 상기 챔버부(100)와 연결되어 상기 챔버부(100) 내 불순물(F)을 제거하는 불순물 제거부(200); 및 상기 챔버부(100), 블활성 기체 공급부(300) 및 불순물 제거부(200)를 각각 연결하는 복수의 연결부(420, 440, 460);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서, 3차원 조형물 제조장치의 제조방식으로 공지된 기술인 선택적 레이저 소결법(SLS : Selective Laser Sintering)이 사용될 수 있다.
이러한 3차원 조형물 제조장치는 챔버(110)와, 레이저 장치(120)와, XY 테이블(126)과, 베드(130)와, 코터기(140) 및 분말 공급부(150)를 포함하여 이루어지므로, 종래기술과 동일한 역할을 수행하므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
또한, 레이저 장치(120)는, 챔버(110) 내에 위치하고, 레이저 발생기(122) 및 반사경을 포함하는 인쇄헤드(124)로 이루어지며, 피스톤(132) 및 히터(134) 등의 구성 역시 종래기술과 동일한 역할을 수행하므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서, 상기 챔버부(100)는 챔버(110)와, 유출공(170)과, 제1 유입공(180)과, 제2 유입공(190)을 포함한다.
상기 챔버(110)의 일측면에는 챔버(110) 내의 불활성 기체가 외부로 유출될 수 있는 유출공(170)이 마련되고, 챔버(110)의 타측면에는 챔버(110) 내로 외부의 불활성 기체가 유입될 수 있는 제1 유입공(180)과, 아르곤(Ar), 질소(N2) 등과 같은 불활성 기체가 유입될 수 있는 제2 유입공(190)이 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서, 상기 복수의 연결부는 제1 연결부(420), 제2 연결부(440) 및 제3 연결부(460)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 유출공(170)에는 상기 챔버(110)와 연통되도록 제1 연결부(420)의 일단이 결합될 수 있고, 상기 제1 유입공(180)에는 상기 챔버(110)와 연통되도록 제2 연결부(440)의 일단이 결합될 수 있다.
또한, 상기 제2 유입공(190)에는 상기 불활성 기체 공급부(300)와 연통되도록 제3 연결부(460)의 일단이 결합될 수 있다. 여기서 상기 제1 연결부(420), 제2 연결부(440) 및 제3 연결부(460)의 일단이 챔버(110)에 결합되면 불활성 기체의 누출을 방지하기 위해 실링부재(미도시)가 유출공(170), 제1 유입공(180) 및 제2 유입공(190)에 마련될 수 있다.
한편, 상기 챔버(110)의 일측면에 마련된 유출공(170)의 위치는 챔버(110) 내에 마련된 베드(130)를 기준으로 베드(130)에서 인쇄헤드(124)의 레이저 분사구까지의 수직거리보다 작도록 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 챔버(110)의 타측면에 마련된 제1 유입공(180)의 위치는 챔버(110) 내에 마련된 베드(130)를 기준으로 상기 베드(130)에서 유출공(170)까지의 수직거리보다 크도록 설정되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제1 연결부(420)와, 제2 연결부(440) 및 제3 연결부(460)에는 불활성 기체의 개폐를 허용하도록 밸브(미도시)가 마련될 수 있으며, 이러한 밸브(미도시)는 기계적 또는 전기적으로 개폐 정도가 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서, 상기 불순물 제거부(200)는 챔버(110) 내의 불활성 기체를 흡입하고 필터링된 불활성 기체를 챔버(110) 내로 배출시키기 위한 것으로서, 프레임(210)과, 필터부(220)와, 진공펌프부(250)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 상기 프레임(210)은 대략 직육면체 골격의 연속된 형상으로 구성되며, 상기 필터부(220)를 수용할 영역과 상기 진공펌프부(250)를 수용할 영역이 구분 형성된다.
상기 프레임(210)의 하면은 작업장 바닥과 평행한 이동 작업대(280)의 상면 일측에 설치되는 것이 가능하다. 상기 이동 작업대(280)의 하면에는 바퀴(290a, 290b, 290c)가 결합되어 있어 상기 이동 작업대(280)의 이동에 따라 상기 프레임(210)은 작업장 바닥과 평행을 이루면서 이동이 가능하다.
상기 불순물 제거부(200)가 설치되는 프레임(210)의 상부에는 상기 챔버부(100)가 설치될 수 있다. 따라서 상기 이동 작업대(280)의 이동에 따라 챔버부(100)는 작업장 바닥과 평행을 이루면서 이동이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서, 상기 챔버부(100)와 상기 불순물 제거부(200)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 챔버(110)의 하부에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 챔버(110)의 일측 방향으로 다양하게 형성될 수 있다.
상기 필터부(220)는 챔버(110) 내에서 발생된 퓸(fume) 및 금속분말을 흡착할 수 있도록 필터(미도시)를 구비한다. 이러한 필터(미도시)는 퓸 등의 불순물(F)을 완전히 제거할 수 있다면 필터의 성능은 제한되지 않으나, 상기 챔버(110) 내에 형성된 불활성 기체를 흡착하는 성질을 갖지 않는 것이 좋다.
상기 프레임(210)에 수용된 필터부(220)의 일측에는 필터부(220) 내부로 불활성 기체가 유입될 수 있는 필터 유입구(230)가 형성되고, 타측에는 필터부(220) 외부로 불활성 기체가 유출될 수 있는 필터 유출구(240)가 형성된다.
상기 필터 유입구(230)에는 필터부(220)와 연통되도록 제1 연결부(420)의 타단이 결합될 수 있고, 상기 필터 유출구(240)에는 후술할 진공펌프부(250)와 연통되도록 연결관(480)의 일단이 결합될 수 있다. 여기서, 상기 제1 연결부(420)의 타단 및 연결관(480)의 일단이 필터부(220)에 결합되면 불활성 기체의 누출을 방지하기 위해 실링부재(미도시)가 필터 유입구(230) 및 필터 유출구(240)에 마련될 수 있다.
상기 진공펌프부(250)는 진공펌프부(250) 내부에 진공을 형성함으로써 챔버(110) 내의 불활성 기체를 흡입하도록 흡입력을 인가하여 챔버(110)에서 불순물 제거부(200)로의 불활성 기체 흐름을 유도하기 위한 것으로, 상기 필터부(220)에 근접하여 프레임(210)에 수용된다. 상기 진공펌프부(250)의 일측에는 진공펌프부(250) 내부로 불활성 기체를 흡입할 수 있는 흡기구(260)가 형성되고, 타측에는 상기 흡기구(260)를 통해 진공펌프부(250) 내로 흡입된 불활성 기체가 진공펌프부(250) 외부로 배출될 수 있는 배기구(270)가 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치는 도5 및 도6을 참조하면, 상기 제1 연결부(420)에는 상기 챔버부(100)로부터 유출되는 불활성 기체 내 불순물(F)을 포집하기 위한 포집부(430)가 설치될 수 있다.
이러한 상기 포집부(430)는 상기 진공펌프부(250)에 의해 사이클론(cyclone)을 발생시키는 사이클론 발생부(432); 및 상기 챔버부(100)로부터 유출되어 상기 사이클론 발생부(432)를 통과하는 불활성 기체 내 불순물(F)을 포집하기 위한 포집 호퍼(434);를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 사이클론 발생부(432)에서는 챔버(110)로부터 유출공(170)을 통해 유출되어 사이클론 발생부(432)를 통과하게 되는 불활성 기체의 유속을 진공펌프부(250)를 이용하여 조절함으로써 사이클론을 발생시킬 수 있는 것이다.
이때, 사이클론 발생부(432)를 통과하는 불활성 기체 내 퓸(fume) 등을 포함하는 불순물(F)들이 사이클론 발생부(432)의 하부에 연결된 포집 호퍼(434)에 포집되는 것이다.
따라서, 본 발명은 챔버(110)로부터 유출되는 불활성 기체 내 불순물(F)이 1차적으로 포집부(430)를 통해 포집된 후, 제1 연결부(420)를 통해 필터부(220)에서 2차적으로 여과됨으로써 불활성 기체 내 불순물(F)이 제거되는 것이다.
즉, 본 발명은 챔버(110)로부터 유출되는 불활성 기체 내 불순물(F)을 1차적으로 포집부(430)를 통해 포집함으로써 필터부(220)에서 여과되는 불순물(F)의 양을 획기적으로 줄일 수 있기 때문에 필터부(220)의 수명을 늘릴 수 있어 필터부(220)를 자주 교체해야 하는 번거로운 문제점을 해결할 수 있게 된다.
상기 흡기구(260)에는 필터부(220)와 연통되도록 연결관(480)의 타단이 결합될 수 있고, 상기 배기구(270)에는 챔버(110)와 연통되도록 제2 연결부(440)의 타단이 결합될 수 있다. 여기서, 상기 연결관(480)의 타단 및 제2 연결부(440)의 타단이 진공펌프부(250)에 결합되면 불활성 기체의 누출을 방지하기 위해 실링부재(미도시)가 흡기구(260) 및 배기구(270)에 마련될 수 있다.
상기 불활성 기체 공급부(300)는 불순물 제거부(200)와 근접하도록 이동 작업대(280)의 일측에 마련되며, 아르곤(Ar), 질소(N2) 등과 같은 불활성 기체를 저장하고 있다. 상기 불활성 기체 공급부(300)의 일측에는 공급공(390)이 마련되며, 상기 공급공(390)에는 상기 챔버(110)와 연통되도록 제3 연결부(460)의 타단이 결합될 수 있다. 여기서 상기 제3 연결부(460)의 타단이 불활성 기체 공급부(300)에 결합되면 불활성 기체의 누출을 방지하기 위해 실링부재(미도시)가 공급공(390)에 마련될 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치는 제1 센서부(510), 제2 센서부(520) 및 제어부(미도시)를 더 포함하는 것이 가능하다.
상기 제1 센서부(510)는 챔버(110) 내의 불순물(F) 잔류 농도 또는 불활성 기체 농도를 측정하도록 챔버(110)에 마련된 것으로서, 챔버(110) 내에 측정된 불활성 기체 농도값을 출력하는 출력신호를 송출할 수 있다.
상기 제2 센서부(520)는 상기 제2 연결부(440) 내의 불활성 기체 이동로 상에 마련되어 불순물 제거부(220)를 통과한 불활성 기체 내의 불순물(F) 잔류 농도를 측정할 수 있고, 측정된 농도값을 출력하는 출력신호를 송출할 수 있다.
상기 제어부(미도시)는 상기 제1 센서부(510) 또는 제2 센서부(520)에서 출력한 출력신호를 받아 미리 설정된 기준값과 비교하여 제1 연결부(420), 제2 연결부(440) 및 제3 연결부(460)에 마련된 밸브(미도시)의 개폐 정도를 조절하여 제1 연결부(420), 제2 연결부(440) 및 제3 연결부(460) 내를 이동하는 불활성 기체의 이동속도를 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(미도시)는 상기 제1 센서부(510)가 측정한 챔버(110) 내의 불순물(F) 잔류 농도값이 미리 설정된 기준값 보다 크다면 챔버(110) 내의 불순물(F) 제거가 필요하다고 판단하고 제1 연결부(420), 제2 연결부(440) 및 제3 연결부(460)에 마련된 밸브(미도시)를 개방하고 진공펌프부(250)를 작동시켜 챔버(110) 내의 불순물(F)을 불순물 제거부(200)로 이동시키도록 유도할 수 있다.
또한, 상기 제어부(미도시)는 상기 제1 센서부(510)가 측정한 챔버(110) 내의 불활성 기체 농도값이 미리 설정된 기준값 보다 작다면 챔버(110) 내의 환경이 불활성 기체 분위기를 유지하지 못하는 것으로 판단하고 제3 연결부(460)에 마련된 밸브(미도시)를 개방하여 챔버(110) 내로 불활성 기체를 공급할 수 있다.
또한, 상기 제어부(미도시)는 상기 제2 센서부(520)가 측정한 제2 연결부(440)를 통과하는 불활성 기체 내의 불순물(F) 잔류 농도값이 미리 설정된 기준값 보다 크다면 상기 필터부(220)의 불순물(F) 필터링 성능이 저하된 것으로 판단하고 제1 연결부(420) 또는 제2 연결부(440)에 마련된 밸브(미도시)를 폐쇄하여 챔버(110) 내로의 불활성 기체의 흐름을 정지시킨다. 여기서 상기 제어부(미도시)가 진공펌프부(250)의 작동을 정지시킬 수도 있다.
한편, 상기 제어부(미도시)는 제1 연결부(420), 제2 연결부(440) 및 제3 연결부(460)에 설치된 밸브(미도시)의 개폐 정도 또는 진공펌프부(250)를 제어하여 제1 연결부(420), 제2 연결부(440) 및 제3 연결부(460) 내를 이동하는 불활성 기체의 이동속도를 조절할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치의 작동과정을 상세히 설명한다.
3차원 조형물 제작과정에서 밀폐된 챔버(110) 내에 고온의 레이저와 맞닿은 금속분말이 용융되면서 주변으로 금속 증기인 퓸(fume) 및 금속분말 등의 불순물(F)이 발생되면, 작업자는 제어부(미도시)를 조작하여 진공펌프부(250)를 작동시키고, 제1 연결부(420), 제2 연결부(440) 및 제3 연결부(460)에 마련된 밸브(미도시)를 개방시킨다.
상기 진공펌프부(250)가 작동되면 진공펌프의 흡입력으로 인해 상기 챔버(110) 내에 발생된 불순물(F)이 포함된 불활성 기체는 챔버(110)에 형성된 유출공(170)을 통해 유출되고 제1 연결부(420)을 따라 이동하다가 불순물 제거부(200)로 이동하게 된다.
상기 불순물 제거부(200)로 이동한 불순물(F)이 포함된 불활성 기체는 제1 연결부(420)과 연결된 필터부(220)의 필터 유입구(230)로 유입되고, 필터부(220)의 필터(미도시)에 의해 걸러지게 된다. 이때, 필터(미도시)에 의해 걸러지는 것은 퓸(fume), 금속분말 등의 불순물(F)이고 불활성 기체는 필터(미도시)에 의해 걸러지지 않게 된다. 상기 필터부(220)를 거친 불순물(F)이 제거된 불활성 기체는 필터 유출구(240)를 통해 유출되게 된다.
상기 필터 유출구(240)를 통해 유출된 불순물(F)이 제거된 불활성 기체는 연결관(480)을 따라 이동하다가 진공펌프부(250)의 흡기구(260)로 흡입되게 되고, 진공펌프부(250)의 내부를 거쳐 진공펌프부(250)의 배기구(270)를 통해 배출되게 된다.
상기 배기구(270)를 통해 배출된 불순물(F)이 제거된 불활성 기체는 제2 연결부(440)을 따라 이동하다가 챔버(110)에 형성된 제1 유입공(180)을 통해 챔버(110) 내로 유입되게 된다.
또한, 상기 제어부(미도시)는 제1 센서부(510)가 측정한 챔버(110) 내의 불활성 기체 농도값이 미리 설정된 기준값 보다 작다면 제3 연결부(460)에 마련된 밸브(미도시)를 개방하게 되고, 그러면 불활성 기체 공급부(300)에 저장된 불활성 기체가 제3 연결부(460)을 따라 이동하다가 챔버(110)에 형성된 제2 유입공(190)을 통해 챔버(110) 내로 유입되게 된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치에 있어서 제2 연결부(440)와 제3 연결부(460)가 서로 연통되도록 연결지점이 형성되고, 상기 연결지점에는 제2 연결부(440) 내의 불활성 기체의 이동과 제3 연결부(460) 내의 불활성 기체의 이동을 선택적으로 개폐할 수 있도록 3방향 밸브(600)가 마련될 수 있다.
여기서, 상기 제어부(미도시)는 제1 센서부(510)가 측정한 챔버(110) 내의 불활성 기체 농도값이 미리 설정된 기준값 보다 작다면 3방향 밸브(600)를 제어하여 제2 연결부(440)와 제3 연결부(460)를 연통시키도록 조절함으로써 챔버(110) 내로 불활성 기체를 공급할 수 있다.
이러한 구성을 취함으로써 챔버(110)에는 제2 연결부(440)와 연결되는 제1 유입공(180)만 형성되며, 제3 연결부(460)의 길이가 줄어들 수 있으므로, 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치의 구성이 더욱 간단하게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
100 : 챔버부 110 : 챔버
120 : 레이저 장치 122 : 레이저 발생기
124 : 인쇄 헤드 130 : 베드
132 : 피스톤 134 : 히터
140 : 코터기 150 : 분말 공급부
170 : 유출공 180 : 제1 유입공
190 : 제2 유입공 200 : 불순물 제거부
210 : 프레임 220 : 필터부
230 : 필터 유입구 240 : 필터 유출구
250 : 진공펌프부 260 : 흡기구
270 : 배기구 280 : 이동 작업대
290a, 290b, 290c : 바퀴 300 : 불활성 기체 공급부
420 : 제1 연결부 430 : 포집부
432 : 사이클론 발생부 434 : 포집 호퍼
F : 불순물 440 : 제2 연결부
460 : 제3 연결부 480 : 연결관
510 : 제1 센서부 520 : 제2 센서부
600 : 3방향 밸브

Claims (7)

  1. 3차원 조형물 제조를 위한 챔버부;
    상기 챔버부 내로 불활성 기체를 공급하는 불활성 기체 공급부;
    상기 챔버부와 연결되어 챔버부로부터 유출되는 불활성 기체 내 불순물을 제거하는 불순물 제거부; 및
    상기 챔버부, 불활성 기체 공급부 및 불순물 제거부를 각각 연결하는 복수의 연결부;를 포함하고,
    상기 복수의 연결부는,
    상기 챔버부로부터 불활성 기체를 상기 불순물 제거부로 이동시키기 위한 제1 연결부;
    상기 불순물 제거부를 통해 불순물이 제거된 불활성 기체를 다시 상기 챔버부로 이동시키기 위한 제2 연결부; 및
    상기 불활성 기체 공급부와 상기 챔버부를 연결시키는 제3 연결부;를 포함하고,
    상기 제2 연결부와 제3 연결부가 서로 연통되고 3방향 밸브가 설치되는 연결지점이 형성되고,
    상기 3방향 밸브는,
    상기 챔버 내의 불활성 기체 농도값이 미리 설정된 기준값 보다 작은 경우에 상기 제2 연결부와 상기 제3 연결부를 연통시키는 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 불순물 제거부는
    필터부; 및
    상기 챔버부로부터 불순물 제거부로의 불활성 기체 흐름을 유도하기 위한 진공펌프부;를 포함하는 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 연결부는 잔류 불순물을 측정하기 위한 센서부를 더 포함하는 것인 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 연결부에는 상기 챔버부로부터 유출되는 불활성 기체 내 불순물을 포집하기 위한 포집부가 설치되는 것인 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 포집부는
    상기 진공펌프부에 의해 사이클론(cyclone)을 발생시키는 사이클론 발생부; 및
    상기 사이클론 발생부와 연결되며, 상기 챔버부로부터 유출된 불활성 기체가 상기 사이클론 발생부를 통과할 때에 불활성 기체 내 불순물을 포집하기 위한 포집 호퍼;를 포함하는 것인 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치.
KR1020180064272A 2017-09-15 2018-06-04 불순물 제거부를 포함하는 3차원 조형물 제조장치 KR101929751B1 (ko)

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