KR102101973B1 - 3d printing device including safety device for laser irradiation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이져 출력 신호와 감지 신호의 일치 여부를 판단하여 레이져 시스템의 고장 및 제어 오류를 정확하고 빠르게 감지하도록 하면서도, 오류 검출 수단의 복잡도를 낮출 수 있도록 한 레이저 출사에 관한 안전장치를 구비하는 3D 프린팅 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 레이저 출사에 관한 안전장치를 구비하는 3D 프린팅 장치는 조형물의 형성을 위한 재료물질이 공급되는 성형부; 상기 성형부에 공급된 상기 재료물질에 빔을 공급하여 성형층을 형성하는 빔 공급부; 상기 빔의 공급을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어부; 상기 빔 공급부로부터 상기 빔이 방출되는지의 여부를 감지하는 센서를 구비하고, 상기 센서의 감지결과를 이용하여 광 감지결과를 생성하는 감지수단; 및 상기 광 감지결과와 상기 제어신호를 비교하여 상기 제어신호에 따른 상기 빔의 방출이 이루어졌는지 검출하는 검출부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention is to determine whether the laser output signal and the detection signal coincide and to accurately and quickly detect the failure and control error of the laser system, while having a safety device for laser emission to reduce the complexity of the error detection means It relates to a printing device.
A 3D printing apparatus having a safety device for laser emission according to the present invention includes a molding unit for supplying a material material for forming a molded object; A beam supply unit for forming a molding layer by supplying a beam to the material material supplied to the molding unit; A control unit generating a control signal for controlling the supply of the beam; A detection means having a sensor for detecting whether the beam is emitted from the beam supply unit, and generating a light detection result using the detection result of the sensor; And a detection unit that compares the light detection result with the control signal to detect whether the beam is emitted according to the control signal.
Description
본 발명은 레이저 출사에 관한 안전장치를 구비하는 3D 프린팅 장치에 관한 것으로, 레이져 출력 신호와 감지 신호의 일치 여부를 판단하여 레이져 시스템의 고장 및 제어 오류를 정확하고 빠르게 감지하도록 하면서도, 오류 검출 수단의 복잡도를 낮출 수 있도록 한 레이저 출사에 관한 안전장치를 구비하는 3D 프린팅 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D printing apparatus having a safety device for laser emission, and it is possible to accurately and quickly detect a failure and a control error of a laser system by determining whether the laser output signal and the detection signal match, and It relates to a 3D printing device having a safety device for laser emission to reduce the complexity.
3D 프린터는 형성하고자 하는 입체 모양을 형성할 수 있게 하는 장치를 의미하며, 이러한 장점으로 인해 다양한 분야에서의 쓰임이 크게 증가하고 있다.3D printer means a device that can form a three-dimensional shape to be formed, and because of these advantages, its use in various fields is greatly increased.
이러한 3D 프린터의 프린팅 기술은 크게 원재료 덩어리를 절삭하는 절삭형과, 원자재를 층층이 쌓아 올리는 적층형(AM : Additive Manufacturing)으로 구분된다. 이 중 적층형은 바인더젯(BJ : Binder Jetting), 다이렉티드 에너지 디포지션(DED : Directed Energy Deposition), 재료 압출(ME : Material Extrusion), 재료 분사(MJ : Material Jetting), 파우더 베드 융합(PBF : Powder Bed Fusion), 시트 적층(SL : Sheet Lamination), 광중합 방식(VP : VAT Photopolymerization)과 같은 다양한 방식으로 구분된다.The printing technology of these 3D printers is largely divided into a cutting type for cutting a lump of raw materials and a additive type (AM: Additive Manufacturing) in which a layer of raw materials is stacked up. Among them, the laminated type is Binder Jetting (BJ), Directed Energy Deposition (DED), Material Extrusion (ME), Material Jetting (MJ), and Powder Bed Fusion (PBF) : Powder Bed Fusion), Sheet Lamination (SL), VP Photopolymerization (VP).
이와 같은 다양한 프린팅 방식 중 DED, PBF, VP와 같은 방식에서는 원자재에 광 또는 열을 공급하기 위해 레이져를 사용하는 경우가 일반적이다. 레이져는 제어의 정밀도가 높아 미세한 구조물의 형성이 가능한 장점이 있다. 이러한 레이져를 이용하는 방식은 레이져에 의해 공급되는 열로 원자재를 일시적으로 용융시킨 후 재경화되도록 하거나, 특정 파장의 광을 원자재에 공급함으로써 광반응에 의해 분말 또는 액체가 경화되도록 하는 방식이 주로 이용된다.Among various printing methods such as DED, PBF, and VP, lasers are generally used to supply light or heat to raw materials. The laser has the advantage of being capable of forming a fine structure due to high precision of control. As a method of using such a laser, a method in which a raw material is temporarily melted with heat supplied by a laser and then re-cured, or a powder or liquid is cured by a photoreaction by supplying light of a specific wavelength to the raw material is used.
한편, 레이져를 이용하는 프린팅 방식에서는 레이져의 오동작이 발생하는 경우 프린팅이 누락되거나, 불필요한 부분이 프린팅 되는 문제점이 있다. 특히, 미세구조물의 생성에 주로 레이져가 이용되기 때문에 이러한 불량이 발생되는 경우 제작 중인 구조물을 폐기해야 하는 문제점이 있다.On the other hand, in the printing method using a laser, when a malfunction of the laser occurs, there is a problem in that printing is omitted or unnecessary parts are printed. Particularly, since lasers are mainly used for the generation of microstructures, there is a problem in that the structures being manufactured must be discarded when such defects occur.
이러한 문제점에도 불구하고 현재까지 레이져 시스템의 고장 및 제어 오류를 정확하고 빠르게 감지하면서도 프린팅 장치의 복잡도가 크게 증가하지 않도록 하는 감지 및 제어수단이 부재하여 제품의 신뢰성 향상이 곤란한 문제점이 있다.Despite these problems, there is a problem in that it is difficult to improve the reliability of the product due to the absence of detection and control means that accurately and quickly detects failures and control errors of the laser system and does not significantly increase the complexity of the printing device.
따라서, 본 발명의 목적은 레이져 출력 신호와 감지 신호의 일치 여부를 판단하여 레이져 시스템의 고장 및 제어 오류를 정확하고 빠르게 감지하도록 하면서도, 오류 검출 수단의 복잡도를 낮출 수 있도록 한 레이저 출사에 관한 안전장치를 구비하는 3D 프린팅 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to determine whether the laser output signal and the detection signal match and to accurately and quickly detect a failure and a control error of the laser system, while providing a safety device for laser emission to reduce the complexity of the error detection means. It is to provide a 3D printing apparatus having a.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 출사에 관한 안전장치를 구비하는 3D 프린팅 장치는 조형물의 형성을 위한 재료물질이 공급되는 성형부; 상기 성형부에 공급된 상기 재료물질에 빔을 공급하여 성형층을 형성하는 빔 공급부; 상기 빔의 공급을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어부; 상기 빔 공급부로부터 상기 빔이 방출되는지의 여부를 감지하는 센서를 구비하고, 상기 센서의 감지결과를 이용하여 광 감지결과를 생성하는 감지수단; 및 상기 광 감지결과와 상기 제어신호를 비교하여 상기 제어신호에 따른 상기 빔의 방출이 이루어졌는지 검출하는 검출부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a 3D printing apparatus having a safety device for laser emission according to the present invention includes a molding unit for supplying a material material for forming a molded object; A beam supply unit for forming a molding layer by supplying a beam to the material material supplied to the molding unit; A control unit generating a control signal for controlling the supply of the beam; A detection means having a sensor for detecting whether the beam is emitted from the beam supply unit, and generating a light detection result using the detection result of the sensor; And a detection unit that compares the light detection result with the control signal and detects whether the beam has been emitted according to the control signal.
상기 감지수단은 제어신호의 발생여부를 감지하기 위해 상기 제어신호를 중계하여 상기 빔 공급부에 전달하는 기능을 더 수행하는 것을 특징으로 한다.The detecting means is characterized in that it further performs a function of relaying the control signal and transmitting it to the beam supply unit to detect whether a control signal has been generated.
상기 제어신호는 복수로 구성되는 전압신호 또는 전류신호인 것을 특징으로 한다.The control signal is characterized in that it is a voltage signal or a current signal composed of a plurality.
상기 감지수단은 복수의 신호 중 상기 빔의 방출을 제어하기 위한 온/오프 신호를 중계하는 것을 특징으로 한다.The sensing means is characterized in that it relays an on / off signal for controlling the emission of the beam among a plurality of signals.
상기 재료물질이 수용되고, 상기 성형층의 형성을 위한 재료물질을 공급하는 재료물질 공급부; 상기 재료물질을 상기 성형부에 공급함과 아울러 상기 성형층의 형성을 위한 재료물질층을 형성하는 재료물질 이송부; 상기 성형층을 형성하고 남은 상기 재료물질을 수용하기 위한 재료물질 수용부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A material material supply unit for receiving the material material and supplying a material material for forming the molding layer; A material material transfer unit for supplying the material material to the molding unit and forming a material material layer for forming the molding layer; It characterized in that it further comprises a; material material receiving portion for receiving the material material remaining after forming the molding layer.
상기 감지수단은 상기 센서가 상기 빔을 감지하는 감지강도 및 상기 센서가 상기 빔을 감지하는데 소요되는 시간인 감지 인식 시간이 조절되며, 상기 감지강도의 조절을 위한 조절 증폭 장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The sensing means is configured to further include a control intensity amplifying device for adjusting the detection intensity, the detection intensity of which is the time required for the sensor to detect the beam and the time required for the sensor to detect the beam. It is characterized by.
본 발명에 따른 레이저 출사에 관한 안전장치를 구비하는 3D 프린팅 장치는 레이져 출력 신호와 감지 신호의 일치 여부를 판단하여 레이져 시스템의 고장 및 제어 오류를 정확하고 빠르게 감지하도록 하면서도, 오류 검출 수단의 복잡도를 낮추는 것이 가능하다.The 3D printing apparatus having a safety device for laser emission according to the present invention determines whether the laser output signal and the detection signal match and accurately and quickly detects a failure and a control error of the laser system, while increasing the complexity of the error detection means. It is possible to lower.
이를 통해 본 발명에 따른 레이저 출사에 관한 안전장치를 구비하는 3D 프린팅 장치는 장치 제작에 소요되는 비용 증가는 최소화하면서도 장치의 신뢰도를 크게 향상시키는 것이 가능해진다.Through this, the 3D printing apparatus equipped with the safety device for laser emission according to the present invention can greatly improve the reliability of the apparatus while minimizing the increase in cost required to manufacture the apparatus.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 출사에 관한 안전장치를 구비하는 3D 프린팅 장치의 구조를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 3D 프린팅 장치의 오류 검출을 위한 구성을 도시한 구성 예시도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D 프린팅 장치의 오류 검출을 위한 구성을 도시한 구성 예시도.
도 4는 종래의 3D 프린팅 장치의 구성을 도시한 구성 예시도.
도 5는 검출부의 이상 판단 과정을 설명하기 위한 예를 테이블 형태로 도시한 예시도.1 is an exemplary view showing the structure of a 3D printing apparatus having a safety device for laser emission according to the present invention.
Figure 2 is an exemplary configuration showing a configuration for error detection of a 3D printing apparatus according to the present invention.
Figure 3 is an exemplary configuration showing a configuration for error detection of a 3D printing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
Figure 4 is a configuration example showing the configuration of a conventional 3D printing apparatus.
5 is an exemplary view showing an example for explaining an abnormality determination process of the detection unit in the form of a table.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 뙤는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the present invention will be described so that those skilled in the art can easily implement. It should be noted that, in the accompanying drawings, the same reference number is used when the same number is indicated in the other drawings. In addition, in the description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or known configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, some features presented in the drawings are enlarged or reduced or simplified for ease of description, and the drawings and their components are not necessarily drawn to scale. However, those skilled in the art will readily understand these details.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 출사에 관한 안전장치를 구비하는 3D 프린팅 장치의 구조를 도시한 예시도이다.1 is an exemplary view showing a structure of a 3D printing apparatus having a safety device for laser emission according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 3D 프린팅 장치는 테이블(10), 빔공급부(20) 및 제어부(30)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, the 3D printing apparatus according to the present invention includes a table 10, a beam supply unit 20, and a
테이블(10)은 조형물의 형성을 위한 재료물질의 공급 및 재료물질에 의해 조형물이 형성된다. 이를 위해 테이블(10)은 조형물의 형성되는 작업공간을 제공하는 성형부(110), 성형부(110)에 재료물질을 공급하는 재료물질 공급부(120), 조형물을 형성하고 남은 재료물질이 회수되어 수용되는 재료물질 수용부(130) 및 재료물질을 재료물질 공급부(120)로부터 성형부(110) 또는 성형부(110)로부터 재료물질 수용부(130)에 이송시킴과 아울러, 성형부(110) 상에서 재료물질층을 형성하는 재료물질 이송부(140)를 포함하여 구성된다.The table 10 is formed of a material by supply of a material material for the formation of the material and the material material. To this end, the table 10 includes a
좀더 구체적으로 성형부(110)는 승강 및 하강 또는 수평이동이 가능한 조형물 지지대(111)가 마련된다. 이 조형물 지지대(111)는 조형물의 형성을 위한 받침의 역할을 하며, 조형물의 형성이 진행됨에 따라 승하강 또는 수평 이동을 수행하여 조형물의 성형을 보조하게 된다. 이를 위해 조형물 지지대(111)에는 재료물질 이송부(140)에 의해 재료물질층(미도시)이 형성되고, 재료물질층에 빔공급부(20)로부터의 빔이 공급됨으로써 성형층이 형성된다. 이 성형층 상에 재료물질층의 형성과 빔의 공급이 반복되면서 조형물이 만들어지게 된다. 이러한 성형부(110)는 조형물지지대(111)의 이동을 안내하는 프레임(112)과 조형물지지대(111)의 이동을 위한 이동수단(113)이 구성될 수 있다. 특히, 도 1에는 일례로 박스형 프레임과 승강 또는 하강을 위한 샤프트 구조가 도시되어 있으나, 이는 일례로서 제시된 것일뿐 도시된 바에 의해서만 본 발명을 한정하는 것은 아니다.More specifically, the
재료물질 공급부(120)는 조형물의 형성을 위한 재료물질이 저장되고, 성형부(110)에 저장된 재료물질을 공급하는 역할을 한다. 이 재료물질 공급부(120)는 용기 형상으로 형성되어 재료물질이 수납되도록 함과 아울러, 수납된 재료물질이 일정한 양으로 성형부(110)에 공급되도록 하는 역할을 한다. 이를 위해 재료물질 공급부(120)는 용기의 용적을 변화시켜 재료물질이 일정하게 토출되도록 하며, 토출된 재료물질을 재료물질 공급부(120)가 성형부(110)에 공급하게 된다.The material
이를 위해 재료물질 공급부(120)는 외부프레임(127)과, 외부프레임(127)과 함께 재료물질의 수용을 위한 공간을 형성하는 내부프레임(125) 및 내부프레임(125)을 이동시켜, 공간의 크기를 변화시키는 이동수단(123)을 포함하여 구성될 수 있다.To this end, the material
재료물질 수용부(130)는 재료물질 이송부(140)에 의해 성형부(110)에 공급되고 남은 재료물질을 수용하여 저장하는 역할을 한다. 이를 위해 재료물질 수용부(130)는 재료물질 이송부(140)의 이동방향 종단에 배치된다. 일례로 도 1에서와 같이 재료물질 수용부(130)와 재료물질 공급부(120)는 성형부(110)를 사이에 두고 대를 이루어 배치되어, 일렬로 정렬될 수 있다. 다만, 이러한 배치는 재료물질 이송부(140)가 일직선으로 왕복 운동을 하여 재료물질을 공급하는 경우에 해당하는 것으로 재료물질 이송부(140)의 이동 방향이 변경되거나, 공급방식이 상이한 경우 배치가 변경될 수 있다. The material
한편, 재료물질 수용부(130)는 공급되는 재료물질의 양이 증가함에 따라 수용 공간의 용적을 변화시키기 위해 내부프레임 및 이를 이동시키는 이동수단을 포함하여 구성될 수 있다. 또는 미리 정해진 크기의 고정된 용적을 가지는 프레임으로만 구성될 수도 있는 것으로 제시된 바에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 여기서, 재료물질 수용부(130)가 재료물질 공급부(120)와 같이 용적을 변화시키도록 하는 경우 서로 동일한 형태로 구성되어, 재료물질 공급 및 수용을 번갈아가며 수행할 수도 있다. On the other hand, the material
재료물질 이송부(140)는 재료물질 공급부(120)의 재료물질을 성형부(110)의 조형물 지지대(111) 상으로 이송시킴과 아울러, 조형물 지지대(111)에 재료물질층을 형성한다. 또한, 재료물질 이송부(140)는 성형층 형성에 이용되지 않은 재료물질을 재료물질 수용부(130)로 이송시키는 역할을 하게 된다. 이를 위해 재료물질 이송부(140)는 재료물질 공급부(110), 성형부(120) 및 재료물질 수용부(130)를 따라 왕복하여 재료물질의 공급, 재료물질층 형성, 잔여 재료물질의 회수를 수행하게 된다. The material
이러한 재료물질 이송부(140)는 도시되지 않은 이송수단에 의해 재료물질 공급부(110), 성형부(120) 및 재료물질 수용부(130) 상에서 이동하여, 재료물질을 공급 및 회수하고 재료물질층을 형성한다. 특히, 재료물질의 공급시 재료물질층의 형성이 용이하도록 하기 위해 재료물질 이송부(140)는 블레이드(141) 또는 롤러(미도시)를 포함하여 구성될 수 있으나, 이로써만 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 블레이드(141)는 판상으로 형성되고 재료물질과 접촉하는 날부분에 의해 재료물질을 이송시킴과 아울러, 평탄화하게 된다. 여기서, 블레이드(141)와 롤러가 함께 구비되어 롤러에 의해 재료물질층의 형성을 보조하도록 할 수 있으며, 제시된 블레이드(141), 롤러 외에도 분말 또는 점액 상태의 재료물질을 이송 또는 박층으로 형성할 수 있는 장치이면 구성의 변형 또는 추가가 가능하다.The material
빔공급부(20)는 성형부(110) 상에 형성되는 재료물질 층에 레이져 빔을 공급하여 미리 정해진 형태의 성형층을 형성한다. 여기서, 재료물질은 조형물을 형성하기 위한 물질로 합성수지, 유리, 금속, 세라믹과 같이 열 또는 광에 반응하여 물성이 변화되는 재료를 분말형태 또는 입자형태 또는 액체상태로 가공한 것 또는 반응을 유도하기 위한 유도제와 혼합하여 마련한 것일 수 있다. 일례로, 재료물질은 빔에 의해 공급되는 열 또는 에너지에 의해 일시적으로 용융된 후 경화되어 성형층을 형성할 수도 있고, 광감응성 분말, 예를 들어, 자외선에 의해 경화되는 분말형태의 재료를 이용하여 성형층을 형성할 수도 있다.The beam supply unit 20 supplies a laser beam to the material material layer formed on the
이를 위해 빔공급부(20)는 재료물질의 종류에 따라 미리 지정된 파장의 광을 공급하거나, 열 또는 에너지를 공급하여 재료물질층 중 일부의 상태를 변화시킴으로써 조형층을 형성하게 된다.To this end, the beam supply unit 20 forms a molding layer by supplying light having a predetermined wavelength according to the type of material material, or by supplying heat or energy to change a state of a part of the material material layer.
이러한 빔공급부(20)는 제어부(30)의 제어신호에 따라 빔을 생성하는 레이져 유닛(121), 레이져 유닛(121)으로부터 빔을 공급받아 성형부(110)의 테이블 표층 즉, 재료물질층에 빔을 조사하는 스캔헤드(124)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 레이져 유닛(121)으로부터 스캔헤드(124)로 빔을 공급하기 위해 상호 간에 광섬유(122)와 같은 빔 전달부재가 마련될 수 있으나, 이로써만 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이 레이져 유닛(121)은 제어부(30)로부터 공급되는 제어신호에 의해 빔을 생성하게 된다.The beam supply unit 20 receives the beam from the
스캔헤드(124)는 레이져 유닛(121)으로부터 공급되는 빔을 성형부(110)의 조형물 지지대(111)에 형성되는 재료물질층에 조사하여 재료물질의 상태를 변화시킴으로써 조형층을 형성한다. 특히, 스캔헤드(124)는 제어부(30)의 제어에 빔의 조사 위치를 변경하여 미리 정해진 형태의 조형층을 형성하게 된다.The
제어부(30)는 빔공급부(20)와 테이블(10)의 구동을 제어하며, 이들을 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 빔공급부(20)와 테이블(10) 각각에 공급한다.The
특히, 제어부(30)는 빔공급부(20)에 의한 빔 발생 및 빔의 출력세기를 제어하기 위한 제어신호와 빔이 조사되는 영역의 제어를 위한 좌표신호를 공급하여 스캔헤드(124)에 의한 조사위치를 결정함과 아울러, 해당 조사위치에서의 빔 방출을 제어하게 된다.In particular, the
이러한 과정에서 제어부(30)는 레이져 빔의 정상 방출을 감지하기 위해 감지수단(130)으로부터 공급되는 감지결과와 제어신호를 비교하여 오동작 여부를 판단하게 된다. 이에 대해서는 하기의 도 2를 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.In this process, the
도 2는 본 발명에 따른 3D 프린팅 장치의 오류 검출을 위한 구성을 도시한 구성 예시도이다.2 is an exemplary view showing a configuration for error detection of a 3D printing apparatus according to the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제어부(30)는 센서(132), 제어신호 발생기(131), 감지수단(133) 및 검출부(135)를 포함하여 구성된다.1 and 2, the
제어부(30)는 전술한 바와 같이 레이져 빔의 방출 및 조사위치를 제어하여 조성물층을 형성하며, 이에 따라 재료물질의 공급, 회수 및 재료물질층의 형성이 이루어지도록 레이져유닛(121), 스캔헤드(124) 및 테이블(10)을 제어하여 결과적으로 3D 조형물을 형성하게 된다.The
이러한 과정에서 제어부(30)는 레이져 빔의 정상 방출과 같은 동작상태를 감지하고 이에 따른 이상여부를 판단하게 된다.In this process, the
구체적으로 제어신호발생기(131)는 레이져 유닛(121)으로 하여금 빔을 생성하게 하는 제어신호(제1 및 제2신호)를 생성하고 생성된 신호를 레이져 유닛(121)에 전달한다.Specifically, the
이때, 빔 생성, 빔 생성 중지를 제어하는 발광제어신호(여기서, 제2신호로 가정함)는 감지수단(133)에 의해 중계되어 레이져 유닛(121)에 전달된다.At this time, the light emission control signal for controlling beam generation and beam generation stop (here, assumed as a second signal) is relayed by the detection means 133 and transmitted to the
레이져 유닛(121)은 제어신호발생기(131)로부터 전달되는 제어신호에 의해 레이져 빔(126)을 단속적으로 생성하여 스캔헤드(124)에 전달하게 된다. 여기서 제어신호는 도면에 도시된 바와 같이 복수의 신호(제1 및 제2신호)일 수 있다. 도 2에서는 제어신호가 제1신호와 제2신호 2개의 신호로 구성된 예가 도시되어 있으나, 하나로만 구성되거나 더 많은 신호로 구성될 수 있는 것으로 제시된 바에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 일례로 제1신호는 빔(126)의 세기를 조절하기 위한 전류신호, 제2신호는 빔의 방출 또는 방출 중지를 제어하기 위한 전압신호일 수 있다.The
감지수단(133)은 레이져 유닛(121)에 전달되는 제어신호 중 발광(온/오프)을 제어하는 신호를 중계하여 레이져유닛(121)에 전달한다. 그리고, 스캔헤드(124)로부터 빔방출을 감지하여 감지결과와 제어신호를 검출부(135)에 전달하게 된다.The sensing means 133 relays a signal for controlling light emission (on / off) among control signals transmitted to the
좀 더 구체적으로 감지수단(133)은 스캔헤드(124)로부터 성형부(110)의 조형물지지대(113)로 빔이 방출되는지 직접확인하기 위한 센서(132)가 구비되며, 센서(132)에 의해 빔(126) 방출이 감지되는 경우 감지결과가 감지수단(133)에 전달된다. 여기서, 센서(132)는 포토센서와 같이 빔(126)을 감지할 수 있는 센서 또는 이와 동종의 센서로 구성될 수 있다. 이러한 센서(132)는 스캔헤드(124)와 성형부(110)의 거리가 가까운 경우 빔의 경로상에 하나의 센서(132)가 구성될 수 있다. 또는, 스캔헤드(124)와 성형부(110) 간의 거리가 먼 경우 스캔헤드(124)의 빔 출력노즐과 성형부(110)의 조형물 지지대(113)에 각각 대응되게 복수로 구성될 수 있다. 즉, 스캔헤드(124)로부터 빔 방출이 이루어지는지와 방출된 빔이 조형물 지지대에 정상적으로 도달하는지를 각각 감지하도록 하는 것이 가능하다. 이외에도 레이져유닛(121)과 스캔헤드(124)가 분리되어 빔이 광섬유(122)와 같은 중계수단에 의해 전달되는 경우 레이져유닛(121)의 빔 출력단자에 센서(132)가 설치될 수도 있다.More specifically, the sensing means 133 is provided with a
감지수단(133)는 제어신호와 빔 감지결과를 취합하여 검출부(135)에 전달한다. 특히, 감지수단(133)은 온/오프 제어신호인 제2신호가 제어신호 발생기(131)로 부터 전달되는 경우 제2신호와 센서(132)로부터 전달되는 감지결과를 동기화하여 검출부(135)에 전달하게 된다.The detection means 133 combines the control signal and the beam detection result and transmits it to the
검출부(135)는 제2신호와 감지결과가 감지수단(133)으로부터 취합되어 전달되면, 이 제2신호와 감지결과를 비교하여 제2신호의 온기간에 빔(126)의 방출이 이루어졌는지와 제2신호의 오프기간에 빔(126)의 방출이 중지되었는지를 판단하게 된다. 또한, 검출부(135)는 제2신호에 따른 빔의 방출이 미리 지정된 지연시간 내에 이루어졌는지를 판단하게 된다.When the second signal and the detection result are collected and transmitted from the detection means 133, the
이를 통해 검출부(135)는 온/오프 기간과 어긋난 빔(126)의 방출이 이루어졌거나, 빔(126)의 방출이 발생되지 않거나, 지정된 지연시간을 경과했는지를 판단하게 된다.Through this, the
이러한 감지수단(133)은 재료물질의 형태, 종류 또는 프린팅이 이루어지는 작업 환경에 따라 센서(132)에 의해 감지되는 빔의 강도를 조절할 수 있다. 이와 함께 감지수단(133)은 센서(132)의 빔 감지 인식 시간을 조절할 수 있다.The sensing means 133 may adjust the intensity of the beam sensed by the
구체적으로 재료물질이 오랜시간 또는 강한 빔을 조사해야 조성물층이 형성되는 경우도 있고, 약한 빔을 조사해도 조성물층이 충분히 형성되는 경우가 있을 수 있다. 또한, 작업환경이 밝은 경우, 어두운 경우, 분진과 같이 공기중 부유물 또는 수분이 많은 경우와 같이 다양한 환경 조건이 있을 수 있다.Specifically, a composition layer may be formed when a material material is irradiated for a long time or a strong beam, or a composition layer may be sufficiently formed even when a weak beam is irradiated. In addition, there may be various environmental conditions, such as when the working environment is bright, dark, when there is a large amount of airborne suspended matter or moisture such as dust.
이와 같이 환경 조건 또는 재료물질의 종류와 상태에 따라 레이져 유닛(121)에서 발생되는 빔의 세기가 달라질 수 있다. 또한, 환경 조건에 따라 동일한 빔을 방출하더라도 센서(132)에 의한 인식이 달라질 수 있다. In this way, the intensity of the beam generated in the
이러한 경우를 대비하여 감지수단(133)은 센서(132)가 인식하는 빔의 강도와 이에 소요되는 시간을 조절할 수 있게 마련된다. 이러한 감지강도와 감지 인식 조건은 사용자에 의해 설정되도록 할 수도 있고, 미리 입력된 환경 정보 또는 재료물질의 정보에 따라 감지수단이 자동으로 설정을 변경하도록 하는 것도 가능하다.In preparation for this case, the sensing means 133 is provided to adjust the intensity of the beam recognized by the
아울러, 감지수단(133)은 감지강도의 조절을 위한 강도 조절용 증폭장치를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 강도 조절용 증폭장치는 약한 감도의 신호는 증폭시고, 강한 감도의 신호는 감소시켜 전달하도록 감지수단(133)에 마련될 수 있다.In addition, the detection means 133 may be configured to include an amplification device for adjusting the intensity for adjusting the detection intensity. That is, the intensity control amplifying device may be provided in the sensing means 133 to amplify the signal of the weak sensitivity and reduce the signal of the strong sensitivity to be transmitted.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D 프린팅 장치의 오류 검출을 위한 구성을 도시한 구성 예시도이다. 3 is an exemplary configuration diagram showing a configuration for error detection of a 3D printing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 제2실시예에 따른 3D 프린팅 장치는 전술한 도 2의 제1실시예와 실질적으로 거의 동일한 구성을 가지지만, 감지수단(233)에서 제1실시예와 차이점을 가진다.Referring to FIG. 3, the 3D printing apparatus according to the second embodiment has substantially the same configuration as the first embodiment of FIG. 2 described above, but has a difference from the first embodiment in the sensing means 233.
구체적으로 제2실시예의 감지수단(233)은 제1실시예의 감지수단(133)과 달리 제어신호발생기(131)로부터 레이져유닛(121)으로 전달되는 모든신호를 중계하여 전달한다. 즉, 감지수단(233)이 온/오프 신호인 제2신호만을 레이져유닛(121)으로 전달하지 않고, 제2신호와 함께 제1신호를 레이져유닛(121)으로 전달하게 된다.Specifically, the sensing means 233 of the second embodiment relays and transmits all signals transmitted from the
이 제2실시예는 제2신호가 온/오프 신호, 제1신호가 온 구간 동안의 빔(126)의 세기를 제어하는 신호와 같이 제1신호와 제2신호의 동기화가 필요한 경우에 이용될 수 있다.This second embodiment can be used when synchronization of the first signal and the second signal is necessary, such as a signal that controls the intensity of the
즉, 제1신호와 제2신호의 동기가 필요한 상황에서 제1신호만을 감지수단(133)이 중계하는 경우 감지수단(133)을 경유하는 제2신호와 제1신호간의 동기화가 어긋날 수 있다. 때문에, 감지수단(233)은 제2신호와 제1신호를 함께 중계하며, 특히, 제2신호를 중계함에 따라 발생되는 시간지연만큼 제1신호를 지연시켜 전달하게 된다. 이를 위해 감지수단(233)은 제1신호의 지연을 위한 수단이 마련될 수 있다.That is, when the sensing means 133 relays only the first signal in a situation where synchronization of the first signal and the second signal is necessary, synchronization between the second signal and the first signal via the sensing means 133 may be misaligned. Therefore, the sensing means 233 relays the second signal and the first signal together, and in particular, delays and transmits the first signal by a time delay generated by relaying the second signal. To this end, the sensing means 233 may be provided with means for delaying the first signal.
한편, 도 4는 종래의 3D 프린팅 장치의 구성을 도시한 구성 예시도이며, 도 5는 검출부의 이상 판단 과정을 설명하기 위한 예를 테이블 형태로 도시한 예시도이다.On the other hand, Figure 4 is an exemplary view showing the configuration of a conventional 3D printing apparatus, Figure 5 is an exemplary view showing an example for explaining the abnormality determination process of the detection unit in the form of a table.
종래의 3D 프린팅 장치는 도시된 바와 같이 감지수단(133)이 구비되지 않는다. 종래의 3D 프린팅 장치는 제어신호발생기(331)로부터 레이져 유닛(321)으로 제1 및 제2신호가 전달되면, 레이져 유닛(321)이 제1 및 제2신호에 따라 레이져를 생성하여 스캔헤드(324)에 전달하고, 스캔헤드(324)는 빔형태로 레이져를 조사하게 된다.The conventional 3D printing device is not provided with a sensing means 133 as shown. In the conventional 3D printing apparatus, when the first and second signals are transmitted from the
이러한 3D 프린팅 장치는 조형물의 생성을 위해 빔을 장시간 동안 생성 및 조사해야하며, 작업시간이 길어질 수록 오동작이 발생하여 제어신호(제1 및 제2신호)가 전달됐음에도 불구하고 빔 생성 및 방출이 이루어지지 않거나, 제어신호가 전달되지 않거나, 오프신호 구간에 빔이 방출되는 경우가 발생하게 된다. Such a 3D printing device needs to generate and irradiate a beam for a long time in order to generate a sculpture, and as the working time increases, a malfunction occurs, and although the control signals (first and second signals) are transmitted, the beam is generated and emitted. There is a case in which it is not supported, a control signal is not transmitted, or a beam is emitted in an off-signal section.
그러나, 종래의 3D 프린팅 장치에서는 이러한 오작동을 조형물의 상태를 확인하여야만 알 수 있게 된다. 반면에 본 발명에서는 센서와 감지수단을 이용하여 제어신호에 응답한 레이져의 생성 및 빔의 방출이 이루어졌는지 확인할 수 있으므로 이상여부를 빠르게 감지할 수 있고, 고장에 대한 대응도 빨라지게 된다.However, in the conventional 3D printing apparatus, such a malfunction can be known only by checking the state of the sculpture. On the other hand, in the present invention, it is possible to quickly check whether an abnormality has been generated and to respond to a failure, because it is possible to check whether the laser is generated and the beam is emitted in response to the control signal using a sensor and a sensing means.
구체적으로 도 5와 같이 검출부가 판단하여 이상여부를 판단할 수 있다.Specifically, as illustrated in FIG. 5, the detection unit may determine the abnormality.
도 5에서는 제2신호를 이해하기 용이하도록 온(on)/오프(off)로 구분하여 도시하였으나, 실제로 전압 레벨이 변동(하이 & 로우)되는 연속된 신호일 수 있다.In FIG. 5, the second signal is illustrated as being divided into on / off to facilitate understanding, but may be a continuous signal in which the voltage level fluctuates (high & low).
감지결과는 센서(132)를 통해 실제 빔의 방출을 감지한 결과를 나타낸 것으로 빔 방출이 있는 경우 "O", 없는 경우 "X"로 표시된 것이다.The detection result shows the result of sensing the actual emission of the beam through the
우선 검출부(135)는 제2신호의 온/오프 여부와 빔 방출의 감지결과만 가지고 제1판단결과와 같은 판단을 수행할 수 있다. 좀 더 상세히 설명하면, 검출부(135)는 제2신호가 감지수단(133)에 전달되고(on), 센서(132)에 의해 빔이 감지된 것으로 판단되면, 정상으로 판단한다. 마찬가지고, 검출부(135)는 제2신호가 감지수단(133)에 전달되지 않거나, 제2신호로 오프신호가 전달된 상태에서 센서(132)에 의해 빔이 감지되지 않으면 정상적인 오프상태로 판단하게 된다.First, the
그러나, 검출부(135)는 제2신호는 온 신호가 전달된 상태에서 센서(132)에 의해 빔이 감지되지 않거나, 제2신호로 오프 신호가 전달된 상태에서 센서(132)에 의해 빔이 감지되는 경우 "오동작" 또는 "이상"으로 판단하게 된다.However, the
이와 함께 전술한 바와 같이 검출부(135)는 지연기간을 정상 및 오동작 판단에 포함시킬 수 있다. In addition, as described above, the
즉, 검출부(135)는 제1판단결과에서 정상으로 판단되는 경우라하더라도 제2신호가 전달된 후 미리 지정된 지연시간을 초과하여 빔이 감지되면 오동작 또는 이상으로 판단한다. 그리고, 판단결과에 따라 동작을 중지시키고, 알람 또는 통지를 통해 사용자가 고장에 대응할 수 있도록 고장사항을 전달하게 된다. 반면, 검출부(135)는 제1판단결과에서 정상인 것으로 확인되고, 제2신호 전달 후 지연시간 내에 빔이 감지되면 최종적으로 정상 동작인 것으로 판단하여 작업이 계속되도록 프린팅 디바이스를 제어하게 된다.That is, even if it is determined that the first determination result is normal, the
상기와 같이 본 발명은 종래의 3D 프린팅 장치와 달리 신호의 전달여부, 빔의 발생여부와 지연시간을 이용하여 3D 프린팅시 제일 중요한 오류인 빔의 방출오류를 검출하고, 이에 따른 작업의 진행 또는 중지를 수행하게 된다. 이를 통해, 종래와 달리 이상이 발생된 상황에서도 작업지 진행되는 것을 방지하여, 이상발생 순간에 작업을 중지시키게 되어 미리 작업된 조형물을 폐기 또는 수정하는 번거로움을 최소화하는 것이 가능해진다.As described above, the present invention detects a beam emission error, which is the most important error in 3D printing, by using whether or not a signal is transmitted, a beam is generated, and a delay time, unlike a conventional 3D printing device, and thus proceeds or stops work Will perform. Through this, it is possible to minimize the hassle of discarding or correcting the pre-worked sculptures by stopping the work at the moment of the abnormality by preventing the work sheet from progressing even in the situation where the abnormality has occurred.
특히, 이러한 장치 신뢰도 향상이 감지수단과 센서로 구성되는 단순한 구성에 의해 구현되도록 함으로써, 3D 프린팅 장치의 복잡도를 증가시키지 않으면서 신뢰도록 향상시키는 것이 가능해진다.In particular, by improving the reliability of the device by implementing a simple configuration consisting of a sensing means and a sensor, it is possible to improve the reliability without increasing the complexity of the 3D printing device.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여려가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변현도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.In the above, although illustrated and described as a specific example to illustrate the technical spirit of the present invention, the present invention is not limited to the same configuration and operation as the specific embodiment as described above, and various modifications are within the limits of the present invention. Can be conducted at Therefore, such variations should also be regarded as belonging to the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the claims below.
10 : 테이블 110 : 성형부
111 : 조형물 지지대 112 : 프레임
113 : 이동수단 120 : 재료물질 공급부
121, 321 : 레이져유닛 122 : 광섬유
123, 324 : 스캔헤드 130 : 재료물질 수용부
131, 331 : 제어신호 발생기 132 : 센서
133, 233 : 감지수단 135 : 검출부
140 : 재료물질 이송부 20 : 빔공급부
30 : 제어부10: table 110: forming part
111: sculpture support 112: frame
113: moving means 120: material material supply unit
121, 321: laser unit 122: optical fiber
123, 324: scan head 130: material material receiving unit
131, 331: control signal generator 132: sensor
133, 233: detection means 135: detection unit
140: material material transfer unit 20: beam supply unit
30: control unit
Claims (6)
상기 성형부에 공급된 상기 재료물질에 빔을 공급하여 성형층을 형성하는 빔공급부;
상기 빔의 공급을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어부;
상기 제어신호 중 발광을 제어하는 신호를 중계하여 상기 빔공급부에 전달하며, 상기 빔공급부로부터 상기 빔이 방출되는지의 여부를 감지하는 센서를 구비하고 상기 센서의 감지결과를 이용하여 광 감지결과를 생성하는 감지수단; 및
상기 광 감지결과와 상기 제어신호를 비교하여 상기 제어신호에 따른 상기 빔의 방출이 이루어졌는지 검출하는 검출부;를 포함하여 구성되고,
상기 감지수단은,
중계하는 상기 제어신호가 상기 빔공급부의 온/오프를 제어하는 신호이고,
상기 센서는 스캔헤드와 상기 성형부 사이의 빔의 경로 상에 적어도 하나가 설치되어 상기 경로에서 빔의 발생 여부를 감지하고,
상기 빔공급부의 온/오프 제어신호와 상기 센서의 광 감지결과를 동기화하여 상기 검출부로 전달하며,
상기 검출부는,
상기 제어신호에 따른 상기 빔의 방출이 이루어졌는지 검출하고,
상기 빔공급부의 온 신호에도 빔의 방출이 없거나 상기 빔공급부의 오프 신호에도 빔의 방출이 있으면 이상으로 판단하는
3D 프린팅 장치.A molding part to which a material material for forming a sculpture is supplied;
A beam supply unit for forming a molding layer by supplying a beam to the material material supplied to the molding unit;
A control unit generating a control signal for controlling the supply of the beam;
A signal for controlling light emission among the control signals is transmitted to the beam supply unit, and a sensor is provided to detect whether the beam is emitted from the beam supply unit, and a light detection result is generated using the detection result of the sensor Detecting means; And
And a detector configured to compare the light detection result with the control signal to detect whether the beam is emitted according to the control signal.
The detection means,
The relaying control signal is a signal for controlling on / off of the beam supply unit,
The sensor is installed at least one on the path of the beam between the scan head and the forming part to detect whether the beam is generated in the path,
The on / off control signal of the beam supply unit and the light detection result of the sensor are synchronized and transmitted to the detection unit,
The detection unit,
It is detected whether or not the beam is emitted according to the control signal,
If there is no emission of the beam in the on signal of the beam supply unit or the emission of the beam in the off signal of the beam supply unit, it is determined as abnormal.
3D printing device.
상기 제어신호는 복수로 구성되는 전압신호 또는 전류신호인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.According to claim 1,
The control signal is a 3D printing device, characterized in that a voltage signal or a current signal composed of a plurality.
상기 재료물질이 수용되고, 상기 성형층의 형성을 위한 재료물질을 공급하는 재료물질 공급부;
상기 재료물질을 상기 성형부에 공급함과 아울러 상기 성형층의 형성을 위한 재료물질층을 형성하는 재료물질 이송부;
상기 성형층을 형성하고 남은 상기 재료물질을 수용하기 위한 재료물질 수용부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.According to claim 1,
A material material supply unit for receiving the material material and supplying a material material for forming the molding layer;
A material material transfer unit for supplying the material material to the molding unit and forming a material material layer for forming the molding layer;
3D printing apparatus, characterized in that further comprises a; material material receiving portion for receiving the material material remaining after forming the molding layer.
상기 감지수단은
상기 센서가 상기 빔을 감지하는 감지강도 및 상기 센서가 상기 빔을 감지하는데 소요되는 시간인 감지 인식 시간이 조절되며,
상기 감지강도의 조절을 위한 조절 증폭 장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.According to claim 1,
The sensing means
The detection intensity, which is the time required for the sensor to sense the beam and the time for the sensor to detect the beam, is adjusted,
3D printing device, characterized in that further comprises a control amplifying device for adjusting the detection intensity.
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