KR101990304B1 - 3차원 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분말이 다수의 분말층으로 순차적으로 적층되면서 제조하고자 하는 제품으로 용착되는 작업 테이블; 상기 작업 테이블이 상하로 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 이동부; 및 상기 작업 테이블과 이동부의 연결지점에 설치되어, 상기 작업 테이블을 회전 시키는 회전부; 를 포함하는 3차원 프린터를 제공한다.

Description

3차원 프린터{THREE-DIMENSIONAL OBJECT}

본 발명은 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 종래의 3차원 프린터의 경우, 레이저와 렌즈의 조합을 위주로, 렌즈를 통해 레이저의 각도를 굴절시키고 조절시킬 뿐, 작업대의 회전은 이루어지지 않아 섬세한 성형 작업을할 때, 레이저의 각도를 조절하는데, 이러한 각도 조절 시, 원하는 성형물의 각도의 굴절이 성형물에 닿지 않고 끊기는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 성형 작업 시, 레이저의 각도를 한정하지 않고 무한 굴절을 할 수 있는 3차원 프린터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 분말이 다수의 분말층으로 순차적으로 적층되면서 제조하고자 하는 제품으로 용착되는 작업 테이블; 상기 작업 테이블이 상하로 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 이동부; 및 상기 작업 테이블과 이동부의 연결지점에 설치되어, 상기 작업 테이블을 회전 시키는 회전부; 를 포함한다.

상기 회전부는, 상기 작업테이블에 삽입되는 상부 회전부와, 상기 이동부에 삽입되는 하부 지지부를 포함할 수 있다.

상기 상부 회전부는, 상기 작업 테이블이 회전 가능하도록 볼 조인트로 결합할 수 있다.

본 발명에 따른 3차원 프린터는 섬세한 분말 성형 시, 레이저의 각도를 렌즈에 의존하지 않을 뿐만 아니라, 각도를 한정하지 않고 무한 굴절되어, 원하는 성형물에 레이저가 닿을 수 있는 효과를 갖는다.

이로 인해, 성형되는 제품이 원하는 형태로 제작됨으로써, 성형 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 3차원 프린터의 회전부를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 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.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 3차원 프린터의 회전부를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터는 챔버(10)와, 분말 공급부(20)와, 코터기(30)와, 레이저 헤드부(40)와, 작업 테이블(100)과, 이동부(200) 및 회전부(300)를 포함하고, 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 챔버(10)는 작업공간을 형성한다.

상기 분말 공급부(20)에 저장된 분말은 코터기(30)에 의해 후술(後述)할 작업 테이블(100)의 상부로 공급된다. 상기 코터기(30)는 상기 분말 공급부(20)에 저장된 금속 분말을 흡입한 후 작업 테이블(100)의 상부로 이동하면서 흡입한 금속 분말을 작업 테이블(100)의 상부로 공급한 후 작업 테이블(100)의 상부로 이동하면서 공급된 분말을 일정한 두께로 도포하여 작업 테이블(100)의 상부에 분말층을 형성하는 역할을 한다.

상기 코터기(30)는 별도의 이동부재(미도시) 및 진공부재(미도시)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 이동부재(미도시)는 상기 코터기(30)를 상기 작업 테이블(100)의 상부에서 좌우로 이동시키는 역할을 하고, 상기 진공부재(미도시)는 상기 코터기(30)가 상기 분말 공급부(20)에 저장된 금속 분말을 흡입 후 작업 테이블(100)의 상부로 배출하는 역할을 한다.

상기 챔버(10)의 상부에는 상기 코터기(30)에 의해 작업 테이블(100)에 도포된 분말층에 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드부(40)가 구비된다. 상기 레이저 헤드부(40)는 작업 테이블(100)에 도포된 분말층에 용착하고자 하는 패턴 형상의 외형선을 따라서 레이저빔을 조사함으로써 분말층을 원하는 형상으로 소결시키게 된다.

상기 코터기(30)는, 상기 레이저 헤드부(40)의 동작은 제어부에 의해 제어되는 것이 바람직하다. 상기 제어부가 작업 테이블(100), 상기 코터기(30), 상기 레이저 헤드부(40)의 동작을 순차적으로 제어함으로써 공급되는 분말이 작업 테이블(100)의 상부에 평탄하게 도포된 후 소결되면서 제품으로 제작되게 된다.

상기 분말 공급부(20)는 작업 테이블(100)에 인접하게 분말 공급부(20)가 구비된다. 그리고 작업 테이블(100)의 상부에 분말층을 형성하고 남은 분말을 저장하는 분말 저장부(21)를 더 포함할 수 있다.

상기 분말 공급부(20)는 분말 저장부(21)와 더불어 작업 테이블(100)과 일렬로 배치되는 것이 바람직하다. 상기 코터기(30)가 상기 분말 공급부(20)에서 작업 테이블(100)로 이동하면서 작업 테이블(100)의 상부에 분말층을 평탄하게 형성하게 되고, 상기 코터기(30)가 작업 테이블(100)에서 상기 분말 공급부(20)로 이동하면서 작업 테이블(100)에 분말층을 형성하고 남은 분말이 상기 분말 저장부(21)로 이동되면서 저장되게 된다.

상기 챔버(10)의 내부에는 작업 테이블(100)이 설치된다. 상기 작업 테이블(100)은 분말이 다수의 분말층으로 순차적으로 적층되면서 제조하고자 하는 제품으로 용착된다. 그리고 상기 작업 테이블(100)은 이동부(200)를 통해, 상하로 슬라이드 이동 가능하게 설치된다. 이러한 상기 이동부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 내부에 가스가 주입되어, 피스톤 방식으로 상하로 슬라이드 이동이 가능할 수 있다.

상기 회전부(300)는 상기 작업 테이블(100)과 이동부(200)의 연결지점에 설치되어, 상기 작업 테이블(100)을 회전 시킨다. 이를 위해 상기 회전부(300)는 상부 회전부(310)와, 하부 지지부(320)를 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 상부 회전부(310)는 상기 작업 테이블(100) 내측에 삽입될 수 있다. 그리고 상기 상부 회전부(310)는 상기 작업 테이블(100)이 회전 가능하도록 볼 조인트로 결합될 수 있다. 또한 상기 하부 지지부(320)는 상기 이동부(200) 내측에 삽입될 수 있다. 이러한 상기 하부 지지부(320)는 나사 결합되어, 교체가 가능하고, 설치하는데 비교적 쉽게 설치할 수 있다. 이는 레이저의 각도에 따라 제어부에 의해 제어될 수 있다. 더불어, 상기 작업 테이블(100)은 상부로 공급되는 분말은 분말 공급부(20)에 저장되며, 상기 분말 공급부(20)는 상기 작업 테이블(100)을 중심으로 대응되게 상기 작업 테이블(100)의 양측에 구비되는 바람직하다.

한편, 상기 회전부(300)는 분말이 가벼운 주얼리 제작 때, 용이하게 사용할 수 있다.

이와 같이, 3차원 프린터에 의하면, 섬세한 분말 성형 시, 레이저의 각도를 렌즈에 의존하지 않을 뿐만 아니라, 각도를 한정하지 않고 무한 굴절되어, 원하는 성형물에 레이저가 닿을 수 있는 효과를 갖는다.

이로 인해, 성형되는 제품이 원하는 형태로 제작됨으로써, 성형 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

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

10 : 챔버
20 : 분말 공급부
21 : 분말 저장부
30 : 코터기
40 : 레이저 헤드부
100 : 작업 테이블
200 : 이동부
300 : 회전부
310 : 상부 회전부
320 : 하부 지지부

Claims (3)

1. 분말이 다수의 분말층으로 순차적으로 적층되면서 제조하고자 하는 제품으로 용착되는 작업 테이블;
   상기 작업 테이블이 상하로 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 이동부; 및
   상기 작업 테이블과 이동부의 연결지점에 설치되어, 상기 작업 테이블을 회전 시키는 회전부; 를 포함하되,
   상기 회전부는,
   상기 작업테이블 내측에 삽입되는 상부 회전부와,
   상기 이동부 내측에 나사결합되어 삽입되는 하부 지지부를 포함하고,
   상기 상부 회전부는,
   상기 작업 테이블이 회전 가능하도록 볼 조인트로 결합되는 3차원 프린터.
2. 삭제
3. 삭제

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