KR102008330B1 - 3D metal printing system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 금속 프린팅 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테이지에 형성된 금속재 3차원 구조물을 스테이지로부터 쉽게 분리할 수 있는 3차원 금속 프린팅 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 3차원 금속 프린팅 시스템은, 금속 재료를 융해시키는 노즐부; 상기 노즐부에 의해 융해된 금속 재료가 적층되어 3차원 구조물이 형성되는 스테이지; 상기 노즐부와 스테이지에 서로 다른 극성의 전류를 공급하는 아크용접모듈; 및 상기 노즐부와 스테이지에 연결되는 전류의 극성을 변환시켜 상기 스테이지의 용입 깊이를 조절하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a three-dimensional metal printing system, and more particularly to a three-dimensional metal printing system that can easily separate the metal three-dimensional structure formed on the stage from the stage.
Three-dimensional metal printing system of the present invention, the nozzle unit for melting the metal material; A stage in which a metal material melted by the nozzle unit is stacked to form a three-dimensional structure; An arc welding module for supplying current having different polarities to the nozzle unit and the stage; And a controller configured to control the penetration depth of the stage by converting the polarity of the current connected to the nozzle unit and the stage.

Description

3차원 금속 프린팅 시스템{3D metal printing system}3D metal printing system {3D metal printing system}

본 발명은 3차원 금속 프린팅 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테이지에 형성된 금속재 3차원 구조물을 스테이지로부터 쉽게 분리할 수 있는 3차원 금속 프린팅 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional metal printing system, and more particularly to a three-dimensional metal printing system that can easily separate the metal three-dimensional structure formed on the stage from the stage.

일반적으로 3차원화된 모델링 파일을 3차원 공간 안에서 실제 사물을 만들어낼 수 있는 시스템을 3D프린팅 시스템이라고 한다.In general, a system that can create a three-dimensional modeling file in a three-dimensional space to create a real object is called a 3D printing system.

이 중 잉크젯프린트 방식은 UV경화 수지계열을 프린팅하고 UV를 조사하여 경화시키면서 모형의 단면을 세분화시켜 인쇄 적층하는 방식으로 어떤 모형이든지 만들어 낼 수 있다. 이러한 3D 프린팅 시스템에는 일반적으로 플라스틱의 대표격인 ABS 소재가 사용되고 있다.Among them, the inkjet printing method can produce any model by printing UV curable resin series, irradiating and curing UV, and subdividing the cross section of the model to print lamination. Generally, 3D printing systems use ABS materials, which are representative plastics.

3D 프린터의 출력방식은 크게 미세한 소재를 분사하는 방식과 순간적으로 고열로 잉크를 분사하는 방식 등이 있으며, 이러한 3D 프린터는 비교적 작은 모형을 만들 수 있으며 사용되는 소재가 극히 제한적이다.The output method of the 3D printer is a method of spraying a large amount of fine material and a method of spraying ink at a high temperature instantaneously, such a 3D printer can make a relatively small model and the materials used are extremely limited.

상기와 같은 3D 프린터는 산업 현장이나 생활 속에서 필요한 제품을 쉽게 만들 수 있도록 사용화되어 효과적으로 사용할 수 있으나, 사용되는 소재가 플라스틱 등으로 제한적이다.The 3D printer as described above is used to effectively make the required products in the industrial field or life, but can be effectively used, but the materials used are limited to plastics and the like.

한편, 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0117105호에는 스테이지 상에 융해된 와이어 형태의 금속 재료를 적층함으로써 3차원 물체를 성형하는 아크용접을 이용한 3D 프린터가 개시되어 있다. 도 1은 종래의 아크용접을 이용한 3D 프린터를 나타낸 사시도이다.On the other hand, Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0117105 discloses a 3D printer using arc welding to form a three-dimensional object by laminating a metal material in the form of wires melted on a stage. 1 is a perspective view showing a 3D printer using a conventional arc welding.

종래의 아크용접을 이용한 3D 프린터는 아크용접을 이용하여 스테이지 상에 3차원 물체를 성형할 수 있으며, 스테이지를 포함하는 스테이지 모듈 및 상기 스테이지 상부에 위치하여 와이어 형태의 금속 재료를 융해시키는 용접토치를 포함하는 아크용접부로 이루어진다. 그리고 상기 용접토치는 융해된 와이어 형태의 금속 재료가 스테이지 상에 적층되어 3차원 물체가 형성되도록 X축, Y축, Z축으로 직선운동한다.Conventional 3D printers using arc welding can form 3D objects on a stage by using arc welding, and include a stage module including a stage and a welding torch positioned above the stage to melt a metal material in a wire form. It consists of an arc welding part containing. The welding torch linearly moves in the X-axis, Y-axis, and Z-axis so that the molten wire-shaped metal material is stacked on the stage to form a three-dimensional object.

또한, 종래의 아크용접을 이용한 3D 프린터는 아크 용접기에 전원을 공급하는 전원공급부 및 아크 용접기의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 아크 용접기에 제공되는 전력의 세기 등을 제어할 수 있다.In addition, the 3D printer using the conventional arc welding includes a power supply for supplying power to the arc welder and a control unit for controlling the operation of the arc welder, the control unit may control the strength of the power provided to the arc welder and the like. .

그러나 종래의 아크용접을 이용한 3D 프린터는 용접 방식으로 스테이지에 3차원 물체를 성형함으로써 용접에 의해 스테이지에 부착된 3차원 물체를 스테이지로부터 분리하기 어려운 문제점이 있다.However, the conventional 3D printer using arc welding has a problem that it is difficult to separate the three-dimensional object attached to the stage by welding by forming the three-dimensional object on the stage by welding.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스테이지에 형성된 금속재 3차원 구조물을 스테이지로부터 쉽게 분리할 수 있는 3차원 금속 프린팅 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a three-dimensional metal printing system that can easily separate a metal three-dimensional structure formed on a stage from the stage.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 3차원 금속 프린팅 시스템은, 금속 재료를 융해시키는 노즐부; 상기 노즐부에 의해 융해된 금속 재료가 적층되어 3차원 구조물이 형성되는 스테이지; 상기 노즐부와 스테이지에 서로 다른 극성의 전류를 공급하는 아크용접모듈; 및 상기 노즐부와 스테이지에 연결되는 전류의 극성을 변환시켜 상기 스테이지의 용입 깊이를 조절하는 제어부를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the three-dimensional metal printing system of the present invention, the nozzle unit for melting the metal material; A stage in which a metal material melted by the nozzle unit is stacked to form a three-dimensional structure; An arc welding module for supplying current having different polarities to the nozzle unit and the stage; And a controller configured to control the penetration depth of the stage by converting the polarity of the current connected to the nozzle unit and the stage.

그리고 상기 스테이지에 (-)극성의 전류가 연결되고 상기 노즐부에 (+)극성의 전류가 연결되는 직류 역극성일 때는, 상기 스테이지에 (+)극성의 전류가 연결되고 상기 노즐부에 (-)극성의 전류가 연결되는 직류 정극성일 때보다 상기 스테이지의 용입 깊이가 얕다.And when the reverse current of the negative polarity is connected to the stage and the positive polarity current is connected to the nozzle portion, the positive polarity current is connected to the stage and the nozzle portion (- The penetration depth of the stage is shallower than that of the direct current positive polarity to which the polar current is connected.

또한, 본 발명의 3차원 금속 프린팅 시스템은 상기 3차원 구조물의 설계정보가 입력 및 저장되는 메모리부를 더 포함하고, 상기 노즐부는 상기 설계정보에 따라 상기 스테이지 상부에서 이동하며, 상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 면적이 미리 설정된 기준면적 이하이면 상기 노즐부와 스테이지에 상기 직류 역극성 전류를 연결한다.In addition, the three-dimensional metal printing system of the present invention further includes a memory unit in which the design information of the three-dimensional structure is input and stored, the nozzle unit is moved in the upper portion of the stage according to the design information, the control unit is the design information As a result, when the lowermost area of the three-dimensional structure is less than or equal to a predetermined reference area, the DC reverse polarity current is connected to the nozzle unit and the stage.

그리고 상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 면적이 상기 기준면적을 초과하면 상기 노즐부와 스테이지에 상기 직류 정극성 전류와 직류 역극성 전류를 번갈아 연결하고, 상기 직류 역극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리는 상기 직류 정극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리보다 길다.The control unit alternately connects the DC positive current and the DC reverse polarity current to the nozzle unit and the stage when the lowermost area of the three-dimensional structure exceeds the reference area according to the design information. The distance that the nozzle portion moves is longer than the distance that the nozzle portion moves when the DC positive polarity.

그리고 상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 형상이 복수의 모서리를 갖는 다각형이면, 상기 노즐부가 상기 3차원 구조물의 최하단 중 상기 모서리를 성형할 때 상기 직류 정극성 전류를 연결하고, 상기 노즐부가 상기 3차원 구조물의 최하단 중 나머지 부분을 성형할 때 상기 직류 역극성 전류를 연결한다.And the control unit connects the DC positive current when the nozzle unit forms the corner of the lowermost part of the three-dimensional structure when the lowermost shape of the three-dimensional structure is a polygon having a plurality of corners according to the design information. The direct current reverse polarity current is connected when the nozzle unit forms the remaining part of the lowermost part of the three-dimensional structure.

그리고 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 형상이 곡선으로 이루어지면 상기 직류 역극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리는 상기 직류 정극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리의 10배이다.When the bottom shape of the three-dimensional structure is curved according to the design information, the distance that the nozzle portion moves when the DC reverse polarity is 10 times the distance that the nozzle portion moves when the DC positive polarity moves.

그리고 상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단이 외측부와 상기 외측부의 내부를 채우는 내측부로 이루어질 경우, 상기 노즐부가 상기 외측부를 성형할 때 상기 노즐부와 스테이지에 상기 직류 정극성 전류와 직류 역극성 전류를 번갈아 연결하고, 상기 노즐부가 상기 내측부를 성형할 때 상기 직류 역극성 전류를 연결한다.The controller may be configured such that when the lower end of the three-dimensional structure includes an outer part and an inner part that fills the inside of the outer part according to the design information, the nozzle part and the stage may be connected to the direct current with the DC positive current. Alternating DC reverse polarity currents and connecting the DC reverse polarity currents when the nozzle portion forms the inner portion.

그리고 상기 기준면적은 100㎟이고, 상기 직류정극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리는 3㎜이상이다.The reference area is 100 mm 2, and the distance that the nozzle portion moves when the DC positive polarity is 3 mm or more.

본 발명의 3차원 금속 프린팅 시스템은 스테이지에 형성되는 다양한 형상의 금속재 3차원 구조물을 스테이지로부터 쉽게 분리할 수 있다.The three-dimensional metal printing system of the present invention can easily separate the metal three-dimensional structure of various shapes formed on the stage from the stage.

도 1은 종래의 아크용접을 이용한 3D 프린터를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속 프린팅 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 및 스테이지에 성형되는 3차원 구조물의 최하단 면적을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 직류 정극성과 직류 역극성이 번갈아 변환되면서 3차원 구조물의 최하단이 성형되는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 최하단 형상이 다각형인 경우 3차원 구조물의 성형방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 최하단 형상이 외측부와 내측부로 구분되는 3차원 구조물의 성형방법을 설명하기 위한 도면.1 is a perspective view showing a 3D printer using a conventional arc welding.
2 is a view schematically showing the structure of a three-dimensional metal printing system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing the lowest area of the stage and the three-dimensional structure formed on the stage according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a method of forming the bottom of the three-dimensional structure while alternating DC positive polarity and DC reverse polarity alternately according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a method of forming a three-dimensional structure when the bottom shape is a polygon according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a method of forming a three-dimensional structure in which the bottom shape is divided into an outer side and an inner side according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속 프린팅 시스템은 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 스테이지(10), 노즐부(20), 가스공급부(30), 아크용접모듈(40), 전류변환기(50), 와이어 송급기(60), 메모리부(미도시) 및 제어부(미도시)로 이루어진다.3D metal printing system according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 2 to 6, the stage 10, the nozzle unit 20, the gas supply unit 30, the arc welding module 40, the current converter 50, a wire feeder 60, a memory unit (not shown), and a control unit (not shown).

스테이지(10)는 융해된 금속 재료가 적층되어 3차원 구조물이 형성되는 공간이다. 스테이지(10)에는 용접에 의해 3차원 구조물의 최하단(L1)이 부착되며, 스테이지(10)에 용융 금속이 용입되는 깊이는 전류 제어 조건에 따라 달라질 수 있다.The stage 10 is a space in which fused metal materials are stacked to form a three-dimensional structure. The lower end L1 of the three-dimensional structure is attached to the stage 10 by welding, and a depth at which molten metal is infiltrated into the stage 10 may vary according to current control conditions.

노즐부(20)는 스테이지(10)의 상부에서 이동하며 금속 재료를 융해시켜 스테이지(10) 상부에 3차원 구조물을 형성한다. 이러한 노즐부(20)는 금속 재료인 와이어(W)를 공급하는 와이어 공급부와 와이어(W)를 융해시키는 용접토치를 포함한다.The nozzle unit 20 moves on the upper part of the stage 10 to melt the metal material to form a three-dimensional structure on the upper part of the stage 10. The nozzle unit 20 includes a wire supply unit for supplying a wire W, which is a metal material, and a welding torch for melting the wire W.

한편, 본 발명의 다양한 실시예에 따라 노즐부(20)가 고정되고 스테이지(10)가 노즐부(20)의 하부에서 이동할 수도 있다.Meanwhile, according to various embodiments of the present disclosure, the nozzle unit 20 may be fixed and the stage 10 may move under the nozzle unit 20.

가스공급부(30)는 아크용접을 실시하기 위하여 노즐부(20)로 아르곤(Ar) 가스 및 이산화탄소를 공급한다.The gas supply unit 30 supplies argon (Ar) gas and carbon dioxide to the nozzle unit 20 to perform arc welding.

아크용접모듈(40)은 노즐부(20)와 스테이지(10)에 서로 다른 극성의 전류를 공급한다.The arc welding module 40 supplies current of different polarities to the nozzle unit 20 and the stage 10.

구체적으로 스테이지(10)에 (+)극성의 전류가 연결되고 노즐부(20)에 (-)극성의 전류가 연결되는 직류 정극성(S)과 스테이지(10)에 (-)극성의 전류가 연결되고 노즐부(20)에 (+)극성의 전류가 연결되는 직류 역극성(R)으로 구분할 수 있으며, 직류 역극성(R)일 때는 직류 정극성(S)일 때보다 상기 스테이지(10)의 용입 깊이가 얕다. 이에 따라 3차원 구조물의 최하단(L1)을 성형할 때 스테이지(10)와 노즐부(20)에 직류 역극성(R)이 연결되면 스테이지(10)의 용입 깊이가 얕아지기 때문에 직류 정극성(S)이 연결되어 3차원 구조물의 최하단(L1)을 성형할 때보다 3차원 구조물을 스테이지(10)로부터 분리하기 용이하다.Specifically, a positive DC current connected to the stage 10 and a negative current connected to the nozzle unit 20 and a negative current to the stage 10 And a DC reverse polarity R connected to the nozzle unit 20 and a positive current is connected to the nozzle unit 20. When the DC reverse polarity R is used, the stage 10 may be larger than the DC positive polarity S. Penetration depth is shallow. Accordingly, when the DC reverse polarity R is connected to the stage 10 and the nozzle unit 20 when forming the lower end L1 of the three-dimensional structure, the penetration depth of the stage 10 becomes shallow, so that the DC positive polarity S ) Is easier to separate the three-dimensional structure from the stage 10 than when the lowermost (L1) of the three-dimensional structure is connected.

전류변환기(50)는 노즐부(20)와 아크용접모듈(40) 사이에서 스테이지(10)와 노즐부(20)에 연결되는 전류의 극성을 변환시킨다. 즉 스테이지(10)와 노즐부(20)에 연결되는 전류의 직류 정극성(S) 및 직류 역극성(R)을 변환시킨다. 이러한 전류변환기(50)는 제어부에 의해 작동된다.The current converter 50 converts the polarity of the current connected to the stage 10 and the nozzle unit 20 between the nozzle unit 20 and the arc welding module 40. That is, the DC positive polarity S and the DC reverse polarity R of the currents connected to the stage 10 and the nozzle unit 20 are converted. This current converter 50 is operated by the control unit.

와이어 송급기(60)는 노즐부(20)에 포함되어 있는 와이어 공급부로 와이어(W)를 전달한다.The wire feeder 60 transfers the wires W to the wire supply units included in the nozzle unit 20.

메모리부는 스테이지(10)에 성형할 3차원 구조물의 설계정보가 입력 및 저장된다.The memory unit receives and stores design information of a 3D structure to be molded in the stage 10.

제어부는 스테이지(10)와 노즐부(20)에 연결되는 전류의 극성을 변환시켜 스테이지(10)의 용입 깊이를 조절한다. 즉 제어부는 전류변환기(50)를 작동시켜 스테이지(10)와 노즐부(20)에 연결되는 전류의 극성(직류 정극성(S), 직류 역극성(R))이 변환되도록 한다.The controller controls the penetration depth of the stage 10 by converting the polarities of the currents connected to the stage 10 and the nozzle unit 20. That is, the controller operates the current converter 50 to convert the polarities (direct current positive polarity (S) and direct current reverse polarity (R)) of the current connected to the stage 10 and the nozzle unit 20.

먼저, 메모리부에 입력 및 저장된 설계정보에 따라 도 3에 도시된 바와 같은 3차원 구조물의 최하단 면적(A)이 미리 설정된 기준면적 이하이면 스테이지(10)와 노즐부(20)에 직류 역극성(R) 전류를 연결한다. 본 실시예에서 기준면적은 100㎟로 설정하였다. 3차원 구조물의 최하단 면적 즉 스테이지(10)의 상면을 덮는 면적이 100㎟이하일 경우에는 설계구조상 스테이지(10)와의 강한 결합력이 필요하지 않기 때문에 스테이지(10)와 노즐부(20)에 직류 역극성(R) 전류를 연결하여 스테이지(10)에 3차원 구조물을 성형한 후 분리하기 용이하도록 하였다. 즉 직류 역극성(R)에 의한 3차원 구조물의 최하단(L1)과 스테이지(10)와의 결합력만으로도 3차원 구조물이 안정적으로 지지되도록 할 수 있다.First, if the lowest area A of the three-dimensional structure as shown in FIG. 3 is equal to or less than the preset reference area according to the design information input and stored in the memory unit, the DC reverse polarity (s) is applied to the stage 10 and the nozzle unit 20. R) Connect the current. In this example, the reference area is set to 100 mm 2. If the bottom area of the three-dimensional structure, that is, the area covering the upper surface of the stage 10 is 100 mm 2 or less, since the strong coupling force with the stage 10 is not necessary in the design structure, DC reverse polarity is applied to the stage 10 and the nozzle unit 20. (R) was connected to the current to form a three-dimensional structure on the stage 10 to facilitate separation. That is, the three-dimensional structure can be stably supported only by the coupling force between the lowermost end L1 of the three-dimensional structure L by the DC reverse polarity R and the stage 10.

한편, 스테이지(10)를 덮는 3차원 구조물의 최하단 면적(A)이 기준면적인 100㎟를 초과할 경우 설계구조상 3차원 구조물의 크기를 더 크게 성형할 수 있기 때문에 스테이지(10)에 성형되는 3차원 구조물이 안정적으로 지지되도록 하면서 3차원 구조물의 성형 후 스테이지(10)로부터 쉽게 분리되도록 할 필요가 있다.On the other hand, if the bottom area (A) of the three-dimensional structure covering the stage 10 exceeds 100 mm2 of the reference area, because the size of the three-dimensional structure can be formed larger because of the design structure 3 It is necessary to allow the dimensional structure to be stably supported and to be easily separated from the stage 10 after forming the 3D structure.

이에 따라 제어부는 설계정보에 따라 3차원 구조물의 최하단 면적(A)이 기준면적을 초과하면 도 4에 도시된 바와 같이 스테이지(10)와 노즐부(20)에 직류 정극성(S) 전류와 직류 역극성(R) 전류가 번갈아 연결되도록 하였으며, 직류 역극성(R)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리를 직류 정극성(R)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리보다 길게 함으로써 3차원 구조물이 안정적으로 지지되도록 하면서 스테이지(10)로부터 쉽게 분리될 수 있도록 하였다.Accordingly, if the lowest area A of the three-dimensional structure exceeds the reference area according to the design information, the controller may control the DC positive polarity (S) current and the direct current to the stage 10 and the nozzle unit 20 as shown in FIG. 4. The reverse polarity (R) current is alternately connected, and the distance that the nozzle unit 20 moves when the DC reverse polarity (R) is longer than the distance that the nozzle unit 20 moves when the DC positive polarity (R) The three-dimensional structure was to be easily separated from the stage 10 while allowing a stable support.

구체적으로 3차원 구조물이 스테이지(10)에 부착되어 안정적으로 지지되도록 하기 위하여 직류 정극성(S)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리는 3mm이상이어야 한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 직류 역극성(R)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리를 50mm로 설정하고 직류 정극성(S)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리를 3mm로 설정하여, 해당 거리마다 직류 정극성(S)과 직류 역극성(R)이 번갈아 연결되도록 한다.Specifically, the distance that the nozzle unit 20 moves when the three-dimensional structure is attached to the stage 10 so as to be stably supported should be 3 mm or more. As a preferred embodiment of the present invention, when the DC reverse polarity (R) is set to the distance that the nozzle unit 20 moves to 50mm and when the DC positive polarity (S), the distance that the nozzle unit 20 moves to 3mm The DC positive polarity (S) and the DC reverse polarity (R) are alternately connected at every corresponding distance.

또한, 제어부는 3차원 구조물의 형상에 따라 전류변환기(50)를 작동시켜 스테이지(10)와 노즐부(20)에 연결되는 직류 정극성(S) 및 직류 역극성(R)을 변환할 수 있다.In addition, the control unit may convert the DC positive polarity S and the DC reverse polarity R connected to the stage 10 and the nozzle unit 20 by operating the current converter 50 according to the shape of the 3D structure. .

구체적으로 도 5에 도시된 바와 같이, 메모리부에 입력 및 저장된 설계정보에 따라 3차원 구조물의 최하단(L1) 형상이 복수의 모서리를 갖는 다각형이면 제어부는 노즐부(20)가 3차원 구조물의 최하단(L1) 중 모서리를 성형할 때 스테이지(10) 및 노즐부(20)에 직류 정극성(S) 전류가 연결되도록 한다. 그리고 제어부는 노즐부(20)가 3차원 구조물의 최하단(L1) 중 모서리를 제외한 나머지 부분을 성형할 때 스테이지(10) 및 노즐부(20)에 직류 역극성(R) 전류가 연결되도록 한다. 이때, 모서리를 성형할 때 노즐부(20)가 이동하는 거리는 3mm이상되도록 한다.Specifically, as shown in FIG. 5, if the shape of the lowermost end L1 of the three-dimensional structure is a polygon having a plurality of corners according to design information input and stored in the memory unit, the controller may include the nozzle unit 20 at the lowermost end of the three-dimensional structure. When forming the corners of the L1, the DC positive polarity (S) current is connected to the stage 10 and the nozzle unit 20. In addition, the control unit allows the DC reverse polarity (R) current to be connected to the stage 10 and the nozzle unit 20 when the nozzle unit 20 forms the remaining portion except the edge of the lowermost end L1 of the 3D structure. At this time, the distance that the nozzle unit 20 moves when forming the corner is 3mm or more.

그리고 메모리부에 입력 및 저장된 설계정보에 따라 3차원 구조물의 최하단 형상이 곡선이나 불명확한 형상으로 이루어지면 직류 역극성(R)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리는 직류 정극성(S)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리의 10배이다.When the bottom shape of the three-dimensional structure is curved or indefinite according to the design information input and stored in the memory unit, the distance that the nozzle unit 20 moves when the DC reverse polarity (R) is the DC positive polarity (S) 10 times the distance that the nozzle unit 20 moves.

본 발명의 일 실시예에 따라 직류 정극성(S)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리가 3mm이면 직류 역극성(R)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리는 30mm이다.According to the exemplary embodiment of the present invention, when the distance of the nozzle unit 20 moves in the case of the DC positive polarity S is 3 mm, the distance in which the nozzle unit 20 moves in the case of the DC reverse polarity R is 30 mm.

그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 메모리부에 입력 및 저장된 설계정보에 따라 3차원 구조물의 최하단이 외측부(L1-out)와 상기 외측부(L1-out)의 내부를 채우는 내측부(L1-in)로 이루어질 경우, 제어부는 노즐부(20)가 외측부(L1-out)를 성형할 때 스테이지(10)와 노즐부(20)에 직류 정극성(S) 전류와 직류 역극성(R) 전류가 번갈아 연결되도록 한다. 외측부(L1-out)의 구체저인 성형방법은 직류 역극성(R)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리를 50mm로 설정하고 직류 정극성(S)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리를 3mm로 설정하여, 해당 거리마다 직류 정극성(S)과 직류 역극성(R)이 번갈아 연결되도록 한다. 그리고 제어부는 노즐부(20)가 내측부(L1-in)를 성형할 때 스테이지(10) 및 노즐부(20)에 직류 역극성(R) 전류가 연결되도록 한다.As shown in FIG. 6, the lowermost end of the three-dimensional structure is filled into the outer portion L1-out and the inner portion L1-in which fills the inside of the outer portion L1-out according to the design information input and stored in the memory unit. In this case, the control unit alternately connects the DC positive polarity (S) current and the DC reverse polarity (R) current to the stage 10 and the nozzle unit 20 when the nozzle unit 20 forms the outer parts L1 -out. Be sure to The molding method, which is the concrete bottom of the outer parts L1-out, sets the distance that the nozzle unit 20 moves to 50 mm when the DC reverse polarity R is set, and the nozzle unit 20 moves when the DC positive polarity S is used. Set the distance to 3mm, so that the DC positive polarity (S) and the DC reverse polarity (R) are alternately connected for each corresponding distance. In addition, the control unit causes the DC reverse polarity (R) current to be connected to the stage 10 and the nozzle unit 20 when the nozzle unit 20 forms the inner parts L1-in.

상술한 바와 같이 본 발명의 3차원 금속 프린팅 시스템은 스테이지(10)에 다양한 형상의 3차원 금속 구조물을 성형할 수 있으며, 3차원 구조물의 설계정보에 따라 해당 형상에 맞춰 제어부에 의해 용접방법이 설정됨으로써 성형이 완료된 3차원 금속 구조물을 스테이지(10)로부터 쉽게 분리할 수 있다.As described above, the three-dimensional metal printing system of the present invention may form a three-dimensional metal structure having various shapes on the stage 10, and the welding method is set by the controller according to the shape according to the design information of the three-dimensional structure. By doing so, the completed three-dimensional metal structure can be easily separated from the stage 10.

그리고 상기의 기준면적, 노즐부(20)의 구체적인 이동거리, 직류 정극성(S)일 때와 직류 역극성(R)일 때의 노즐부(20)의 이동거리 비율은 발명을 실시하기 위한 하나의 예로서 이에 한정할 필요는 없으며, 3차원 구조물의 설계구조, 프린팅 장비, 금속 재료 및 기타 조건 등에 따라 달라질 수 있다.In addition, the reference area, the specific moving distance of the nozzle unit 20, the ratio of the moving distance of the nozzle unit 20 when the DC positive polarity (S) and the DC reverse polarity (R) are one for carrying out the invention. By way of example, there is no need to limit this and may vary depending on the design structure of the three-dimensional structure, printing equipment, metal material and other conditions, and the like.

본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅 시스템은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.The three-dimensional metal printing system according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be variously modified and implemented within the scope of the technical idea of the present invention.

10 : 스테이지,
20 : 노즐부,
30 : 가스공급부,
40 : 아크용접모듈,
50 : 전류변환기,
60 : 와이어 송급기,10: stage,
20: nozzle unit,
30: gas supply unit,
40: arc welding module,
50: current converter,
60: wire feeder,

Claims (8)

금속 재료를 다단 적층하여 3차원 구조물을 성형하는 3차원 금속 프린팅 시스템에 있어서,
금속 재료를 융해시키는 노즐부;
상기 노즐부에 의해 융해된 금속 재료가 적층되어 3차원 구조물이 형성되는 스테이지;
상기 노즐부와 스테이지에 서로 다른 극성의 전류를 공급하는 아크용접모듈;
상기 노즐부와 스테이지에 연결되는 전류를 직류 정극성 또는 직류 역극성으로 변환시키는 전류변환기;
상기 3차원 구조물의 설계정보가 입력 및 저장되는 메모리부; 및
상기 전류변환기를 작동시키는 제어부를 포함하고,
상기 노즐부는 상기 설계정보에 따라 상기 스테이지 상부에서 이동하며,
상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 면적이 미리 설정된 기준면적 100㎟ 이하이면 상기 노즐부와 스테이지에 상기 직류 역극성 전류를 연결하고,
상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 면적이 상기 기준면적 100㎟을 초과하면 상기 노즐부와 스테이지에 상기 직류 정극성 전류와 직류 역극성 전류를 번갈아 연결하며,
상기 직류 정극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리는 3㎜이상이고, 상기 직류 역극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리는 상기 직류 정극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리보다 길며,
3차원 구조물의 최하단 면적이 상기 기준면적 100㎟을 초과할 때,
상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 형상이 복수의 모서리를 갖는 다각형이면, 상기 노즐부가 상기 3차원 구조물의 최하단 중 상기 모서리를 성형할 때 상기 직류 정극성 전류를 연결하고, 상기 노즐부가 상기 3차원 구조물의 최하단 중 나머지 부분을 성형할 때 상기 직류 역극성 전류를 연결하며,
상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 형상이 곡선으로 이루어지면 상기 직류 역극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리는 상기 직류 정극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리의 10배인 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅 시스템.A three-dimensional metal printing system for forming a three-dimensional structure by stacking a metal material in multiple stages,
A nozzle unit for melting a metal material;
A stage in which a metal material melted by the nozzle unit is stacked to form a three-dimensional structure;
An arc welding module for supplying current having different polarities to the nozzle unit and the stage;
A current converter for converting the current connected to the nozzle unit and the stage into a DC positive polarity or a DC reverse polarity;
A memory unit for inputting and storing design information of the 3D structure; And
A control unit for operating the current converter,
The nozzle unit moves in the upper portion according to the design information,
The control unit connects the DC reverse polarity current to the nozzle unit and the stage when the lowest area of the three-dimensional structure is less than or equal to a preset reference area of 100 mm 2 according to the design information.
The control unit alternately connects the DC positive current and the DC reverse polarity current to the nozzle unit and the stage when the lowest area of the three-dimensional structure exceeds the reference area of 100 mm 2 according to the design information.
The distance that the nozzle portion moves when the DC positive polarity is 3mm or more, and the distance that the nozzle portion moves when the DC reverse polarity is longer than the distance that the nozzle portion moves when the DC positive polarity,
When the lowest area of the three-dimensional structure exceeds the reference area of 100 mm 2,
If the bottom shape of the three-dimensional structure is a polygon having a plurality of corners according to the design information, the control unit connects the DC positive current when the nozzle unit forms the corner of the bottom of the three-dimensional structure, Connecting the DC reverse polarity current when the nozzle unit forms the remaining part of the lowermost part of the three-dimensional structure,
If the bottom shape of the three-dimensional structure is a curve according to the design information, the distance that the nozzle portion moves when the DC reverse polarity is 10 times the distance that the nozzle portion moves when the DC positive polarity Printing system. 청구항 1에 있어서,
상기 스테이지에 (-)극성의 전류가 연결되고 상기 노즐부에 (+)극성의 전류가 연결되는 직류 역극성일 때는, 상기 스테이지에 (+)극성의 전류가 연결되고 상기 노즐부에 (-)극성의 전류가 연결되는 직류 정극성일 때보다 상기 스테이지의 용입 깊이가 얕은 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅 시스템,The method according to claim 1,
When the negative polarity current is connected to the stage and the positive polarity current is connected to the nozzle part, the positive polarity current is connected to the stage and the nozzle part is negative. A three-dimensional metal printing system, characterized in that the penetration depth of the stage is shallower than that of the DC positive polarity to which current of polarity is connected, 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단이 외측부와 상기 외측부의 내부를 채우는 내측부로 이루어질 경우, 상기 노즐부가 상기 외측부를 성형할 때 상기 노즐부와 스테이지에 상기 직류 정극성 전류와 직류 역극성 전류를 번갈아 연결하고, 상기 노즐부가 상기 내측부를 성형할 때 상기 직류 역극성 전류를 연결하는 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅 시스템.The method according to claim 1,
The controller may be configured such that when the lower end of the three-dimensional structure is formed of an inner part filling the outer part and the inner part of the outer part according to the design information, when the nozzle part forms the outer part, the DC positive current and the direct current are applied to the nozzle part and the stage. Alternating reverse polarity currents and connecting the direct current reverse polarity currents when the nozzle portion forms the inner portion. 삭제delete
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