KR102064034B1 - Nozzle apparatus for 3D metal printer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 금속 프린팅용 노즐장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 포메이트 솔루션의 용액을 여러 방향에서 공급할 수 있는 3차원 금속 프린팅용 노즐장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치는 노즐 및 채널수단을 포함한다. 상기 노즐은 금속 포메이트 솔루션의 용액을 수용하여 스테이지에 토출한다. 상기 채널수단은 레이저 조사기를 통해서 발사되는 레이저 빔을 상기 노즐에서 상기 스테이지상에 토출된 상기 용액에 조사할 수 있도록 상기 노즐과 동축으로 상기 노즐 내부에 장착된 빔가이드채널과, 상기 빔가이드채널의 내부로 상기 용액이 유입되지 않도록 상기 빔가이드채널의 일단 및 타단에 장착된 렌즈를 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치에 있어서, 상기 노즐은 상기 빔가이드채널을 통하여 조사되는 레이저 스팟에 동일한 거리를 가지며 동일한 각도로 이격된 복수의 분출구를 구비하여, 상기 분출구를 통하여 상기 용액을 상기 레이저 스팟에 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 노즐이 용액을 여러 방향에서 공급해줌으로 인하여 스테이지가 움직일 경우에도 가공되는 용액을 정확히 컨트롤할 수 있다. 이 경우 제품의 형상 및 헤드가 움직이는 방향에 상관없이 용액을 일정한 모양으로 하는 것이 가능해져서 3D 프린팅의 품질을 높일 수 있다. 또한 용액 컨트롤로 소요되는 시간을 단축시킬 수 있어서 기존의 공정에 비해 상당히 빠른 3D 프린팅이 가능하다.The present invention relates to a nozzle device for three-dimensional metal printing, and more particularly to a nozzle device for three-dimensional metal printing that can supply a solution of a metal formate solution in various directions.
The nozzle apparatus for three-dimensional metal printing according to the present invention includes a nozzle and channel means. The nozzle receives the solution of the metal formate solution and ejects it to the stage. The channel means may include a beam guide channel mounted in the nozzle coaxially with the nozzle to irradiate the solution discharged on the stage from the nozzle with a laser beam emitted through a laser irradiator, and The lens is provided at one end and the other end of the beam guide channel so that the solution does not flow into the inside.
In addition, in the nozzle device for a three-dimensional metal printing according to the present invention, the nozzle is provided with a plurality of outlets having the same distance to the laser spot irradiated through the beam guide channel and spaced at the same angle, through the outlet Preferably, the solution is supplied to the laser spot.
According to the present invention, since the nozzle supplies the solution in various directions, it is possible to accurately control the solution to be processed even when the stage moves. In this case, it is possible to improve the quality of 3D printing by allowing the solution to have a constant shape regardless of the shape of the product and the direction in which the head moves. In addition, the time required for solution control can be shortened, allowing for significantly faster 3D printing than conventional processes.
Description
본 발명은 3차원 금속 프린팅용 노즐장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 포메이트 솔루션의 용액을 여러 방향에서 공급할 수 있는 3차원 금속 프린팅용 노즐장치에 대한 것이다.The present invention relates to a nozzle device for three-dimensional metal printing, and more particularly to a nozzle device for three-dimensional metal printing that can supply a solution of a metal formate solution in various directions.
3D CAD 데이터를 이용하여 제품을 그대로 성형할 수 있는 3D 프린터에서 통상적으로 많이 사용되는 FDM(Fused Deposition Modeling)방식은 플라스틱을 녹여 한층 한층 쌓는다는 태생적 한계 때문에 매끄러운 표면을 얻기가 힘들고 소재가 폴리머 계열에 제한되어있다. 이보다 해상도가 비교적 좋은 SLA(Stereo Lithography Apperatus) 방식은 레이저를 액체상태의 광경화성 수지에 노출시키면 고체가 형성되는 것을 이용하여 층을 쌓아 3D형상을 제조하는 것으로 FDM에 비해 비교적 정밀도가 높지만 소재가 제한적이며 낭비되는 수지의 양이 많다. 금속을 직접 프린팅하는 방법으로는 SLM(Selective Laser Melting) 방식의 금속 분말형태의 베드에 레이저를 노출시켜 분말을 소결하여 제품을 형성하는 방법이나, DED(Directed Energy Deposition) 방식의 금속을 레이저로 직접 녹여 증착시켜 금속제품을 만들어내는 방식 두 가지가 금속 제품을 출력하는데 가장 많이 사용된다. 하지만 두 방법 모두 고에너지의 레이저 출력을 요구하며 재료의 낭비가 심한 편이다. 이러한 방법의 가장 큰 단점은 진공 챔버가 필요하거나 산화를 방지하는 부대장치가 매우 어렵고 제품 크기에 제한이 많다는 것이다.Fused Deposition Modeling (FDM), which is commonly used in 3D printers that can form products using 3D CAD data, is difficult to obtain smooth surfaces due to the inherent limitations of melting and stacking plastics. Is limited. The SLA (Stereo Lithography Apperatus) method, which has a higher resolution, produces 3D shapes by stacking layers using solids when lasers are exposed to liquid photocurable resins. And the amount of resin wasted is large. The method of directly printing the metal is to expose the laser to the bed of the metal powder of SLM (Selective Laser Melting) method to sinter the powder to form the product, or to directly transfer the metal of the DED (Directed Energy Deposition) method to the laser. Two methods of melting and depositing metal products are most commonly used for printing metal products. However, both methods require high energy laser power and are a waste of materials. The main drawback of this method is the need for a vacuum chamber or an accessory to prevent oxidation, which is very difficult and limited in product size.
따라서, 기존의 금속 프린팅의 선행 기술에 의한 방법들의 단점을 극복할 수 있는 방법이 필요하며, 이를 위하여 금속 액상 포메이트 솔루션에 레이저를 노출시키면 국부적으로 금속이 석출되는 현상을 이용하는 수열공법을 응용하여 3D형상의 금속 제품을 적층 제작하는 방법이 개발되었다. 이 경우 기존의 산화문제를 해결할 뿐만 아니라 적층금속의 품질이 아주 우수하다는 장점을 가지게 된다.Therefore, there is a need for a method capable of overcoming the disadvantages of the conventional methods of metal printing. To this end, a hydrothermal method using a phenomenon in which a metal is locally deposited when a laser is exposed to a metal liquid formate solution is applied. A method of laminating 3D metal products has been developed. In this case, as well as solving the existing oxidation problem, the quality of the laminated metal is very good.
등록특허 제10-1611566호(등록일자 2016년 04월 05일)에는 금속 포메이트 용액에 레이저 빔을 조사하여 3차원 금속 프린팅하는 프린팅장치 및 그 방법이 개시되어 있다.Korean Patent No. 10-1611566 (Dec. 05, 2016) discloses a printing apparatus and a method of printing a three-dimensional metal by irradiating a laser beam on a metal formate solution.
상기에 개시된 종래의 용액에 레이저를 조사하여 제품을 적층하는 방법은 스테이지의 구동방식에 따라 영향을 받아 제품의 품질에 영향을 미친다. 스테이지가 움직이는 형식일 경우 용액의 표면이 스테이지의 구동방향에 따라 변하게 되어 제품의 품질이 떨어지게 된다. 또한, 종래의 경우 용액이 도 4에 도시된 바와 같이 단방향으로만 공급되므로 스테이지의 진행방향에 따라 형성되는 용액의 모양이 변하게 되어 일정한 형상을 만들 수 없었다. 이 경우 제품의 형상에 따라 구동 방식을 조절해 주어야 하며 이는 생산성의 저하를 일으키게 된다.The method of laminating a product by irradiating a laser to the conventional solution disclosed above is influenced by the driving method of the stage and affects the quality of the product. In the case of the stage moving type, the surface of the solution changes according to the driving direction of the stage, and the product quality is degraded. In addition, in the conventional case, since the solution is supplied only in one direction as shown in FIG. 4, the shape of the solution formed according to the advancing direction of the stage is changed to make a constant shape. In this case, the driving method should be adjusted according to the shape of the product, which causes a decrease in productivity.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 용액을 여러 방향에서 공급하여 용액을 일정한 모양으로 공급해 줄 수 있는 노즐장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems. An object of the present invention is to provide a nozzle device that can supply a solution in a predetermined shape by supplying the solution in various directions.
본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치는 노즐 및 채널수단을 포함한다. 상기 노즐은 금속 포메이트 솔루션의 용액을 수용하여 스테이지에 토출한다. 상기 채널수단은 레이저 조사기를 통해서 발사되는 레이저 빔을 상기 노즐에서 상기 스테이지상에 토출된 상기 용액에 조사할 수 있도록 상기 노즐과 동축으로 상기 노즐 내부에 장착된 빔가이드채널과, 상기 빔가이드채널의 내부로 상기 용액이 유입되지 않도록 상기 빔가이드채널의 일단 및 타단에 장착된 렌즈를 구비한다.The nozzle apparatus for three-dimensional metal printing according to the present invention includes a nozzle and channel means. The nozzle receives the solution of the metal formate solution and ejects it to the stage. The channel means may include a beam guide channel mounted in the nozzle coaxially with the nozzle to irradiate the solution discharged on the stage from the nozzle with a laser beam emitted through a laser irradiator, and The lens is provided at one end and the other end of the beam guide channel so that the solution does not flow into the inside.
또한, 본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치에 있어서, 상기 노즐은 상기 빔가이드채널을 통하여 조사되는 레이저 스팟에 동일한 거리를 가지며 동일한 각도로 이격된 복수의 분출구를 구비하여, 상기 분출구를 통하여 상기 용액을 상기 레이저 스팟에 공급하는 것이 바람직하다.In addition, in the nozzle device for a three-dimensional metal printing according to the present invention, the nozzle is provided with a plurality of outlets having the same distance to the laser spot irradiated through the beam guide channel and spaced at the same angle, through the outlet Preferably, the solution is supplied to the laser spot.
또한, 본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치에 있어서, 상기 노즐은 상기 분출구가 탈착가능한 것이 바람직하다.In addition, in the nozzle device for three-dimensional metal printing according to the present invention, it is preferable that the nozzle is detachable.
본 발명에 의하면 노즐이 용액을 여러 방향에서 공급해줌으로 인하여 스테이지가 움직일 경우에도 가공되는 용액을 정확히 컨트롤할 수 있다. 이 경우 제품의 형상 및 헤드가 움직이는 방향에 상관없이 용액을 일정한 모양으로 하는 것이 가능해져서 3D 프린팅의 품질을 높일 수 있다. 또한 용액 컨트롤로 소요되는 시간을 단축시킬 수 있어서 기존의 공정에 비해 상당히 빠른 3D 프린팅이 가능하다.According to the present invention, since the nozzle supplies the solution in various directions, the solution to be processed can be precisely controlled even when the stage moves. In this case, it is possible to make the solution into a constant shape regardless of the shape of the product and the direction in which the head moves, thereby improving the quality of 3D printing. In addition, the time required for solution control can be shortened, allowing for significantly faster 3D printing than conventional processes.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치의 일 실시예의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 노즐이 개념도,
도 3은 도 2에 도시된 노즐에 의하여 용액이 공급되는 개념도,
도 4는 종래의 노즐에 의하여 용액이 공급되는 개념도이다.1 is a cross-sectional view of an embodiment of a nozzle apparatus for three-dimensional metal printing according to the present invention;
2 is a conceptual diagram of a nozzle of the embodiment shown in FIG.
3 is a conceptual diagram in which the solution is supplied by the nozzle shown in FIG.
4 is a conceptual diagram in which a solution is supplied by a conventional nozzle.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치의 일 실시예를 설명한다.An embodiment of a nozzle apparatus for 3D metal printing according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치는 노즐(10) 및 채널수단(20)을 포함한다.The nozzle apparatus for three-dimensional metal printing according to the present invention includes a
노즐(10)은 금속 포메이트 솔루션의 용액(5)을 수용하여 스테이지(3)에 토출한다. 이때 노즐(10)은 용액(5)을 여러 방향에서 공급할 수 있도록 복수의 분출구(11)를 구비한다. 분출구(11)들은 레이저 조사기(1)에서 조사되는 레이저 스팟(7)에서 동일한 거리에 위치하며, 동일한 각도로 이격된다. 그리고 분출구(11)들은 노즐(10)에 탈착할 수 있게 형성된다. 본 실시예의 경우 분출구(11)는 4개가 구비되어 90° 간격으로 이격된다.The
채널수단(20)은 레이저 조사기(1)에서 조사되는 레이저 빔이 노즐(10)에서 스테이지(3)에 토출된 용액(5)에 조사될 수 있도록 안내하는 역할을 한다. 이를 위하여 채널수단(20)은 빔가이드채널(11)과, 렌즈(23, 25)를 구비한다. 빔가이드채널(11)은 노즐(10)의 내부에 노즐(10)과 동축으로 장착된다. 렌즈(23, 25)는 빔가이드채널(11)의 내부로 용액(5)이 유입되지 않도록 빔가이드채널(11)의 일단과 타단에 장착된다.The channel means 20 serves to guide the laser beam irradiated from the
본 실시예의 노즐장치를 사용하면 빔가이드채널(11)의 일단과 타단에 장착된 렌즈(23, 25)에 의하여 빔가이드채널(11)의 내부로 용액(5)이 유입되지 않는다. 그래서 레이저 빔을 용액(5)에 정확하게 조사시킬 수 있다.When using the nozzle apparatus of the present embodiment, the
또한 노즐(10)에는 분출구(11)가 형성되어 복수 개의 방향에서 용액을 공급한다. 이 경우 용액의 컨트롤에 소요되는 시간을 단축시켜 기존의 공정에 비하여 상당히 빠른 3D 프린팅이 가능하다. 또한 용액(5)을 일정한 모양으로 나올 수 있도록 컨트롤이 가능하므로 제품의 품질을 높일 수 있다.In addition, a
1 : 레이저 조사기 3 : 스테이지
5 : 용액 7 : 레이저 스핀
10 : 노즐 11 : 분출구
20 : 채널수단 21 : 빔가이드 채널
23, 25 : 렌즈1: laser irradiator 3: stage
5: solution 7: laser spin
10
20: channel means 21: beam guide channel
23, 25: Lens
Claims (3)
레이저 조사기를 통해서 발사되는 레이저 빔을 상기 노즐에서 상기 스테이지상에 토출된 상기 용액에 조사할 수 있도록 상기 노즐과 동축으로 상기 노즐 내부에 장착된 빔가이드채널과, 상기 빔가이드채널의 내부로 상기 용액이 유입되지 않도록 상기 빔가이드채널의 일단 및 타단에 장착된 렌즈를 구비하는 채널수단을 포함하며,
상기 노즐은 상기 빔가이드채널을 통하여 조사되는 레이저 스팟에 동일한 거리를 가지며 동일한 각도로 이격된 복수의 분출구를 구비하여, 상기 분출구를 통하여 상기 용액을 상기 레이저 스팟에 공급하는 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅용 노즐장치.A nozzle which receives the solution of the metal formate solution and discharges it to the stage;
A beam guide channel mounted inside the nozzle coaxially with the nozzle to irradiate the solution discharged on the stage from the nozzle with a laser beam emitted through a laser irradiator, and the solution into the beam guide channel. It includes a channel means having a lens mounted on one end and the other end of the beam guide channel so as not to be introduced,
The nozzle has a plurality of ejection openings having the same distance to the laser spot irradiated through the beam guide channel and spaced at the same angle, and supplies the solution to the laser spot through the ejection opening. Nozzle device for printing.
상기 노즐은 상기 분출구가 탈착가능한 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅용 노즐장치.The method of claim 1,
The nozzle is a nozzle device for three-dimensional metal printing, characterized in that the ejection port is removable.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL NUMBER: 2018101003458; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20180820 Effective date: 20191203 |
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| S901 | Examination by remand of revocation | ||
| GRNO | Decision to grant (after opposition) | ||
| GRNT | Written decision to grant |