KR102115258B1 - 분말 분급량 조절 가능한 3d 프린팅 장치 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법 - Google Patents

분말 분급량 조절 가능한 3d 프린팅 장치 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 재료물질이 공급되기 전 충진되는 공간의 부피를 조절함으로써, 공급되는 재료물질의 공급 면적 또는 부피를 조절 가능하여, 조형체의 조건에 따라 적합한 분량의 분말 분급량으로 조절하여 재료물질을 공급할 수 있는 3D 프린팅 장치 및 이를 이용한 3D 프린팅 방법을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 분말 분급량 조절 가능한 3D프린팅 장치는, 내부에 분말 형태의 재료물질이 충진되고, 재료물질을 이동시키는 파우더베드부; 파우더베드부로부터 재료물질을 공급 받고, 재료물질에 대한 조형이 수행되는 빌드부; 빌드부의 재료물질에 열을 제공하여 각각의 조형레이어를 형성하는 열원부; 좌우 방향으로 이동하며 파우더베드부에 충진된 재료물질을 빌드부로 이동시키는 물질이동부; 및 파우더베드부와 결합하여 파우더베드부의 내부 공간을 분리시키고, 파우더베드부에서 재료물질이 충진되는 공간인 베드공간의 부피를 가변시켜, 빌드부로 공급되는 재료물질의 양이 제어되도록 하는 파티션부;를 포함한다.

Description

분말 분급량 조절 가능한 3D 프린팅 장치 및 이를 이용한 3D 프린팅 방법 {APPARATUS FOR 3D PRINTING CAPABLE TO ADJUST POWDER DISPERSION AND METHOD FOR 3D PRINTING USING THE SAME}
본 발명은 분말 분급량 조절 가능한 3D 프린팅 장치 및 이를 이용한 3D 프린팅 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 재료물질이 공급되기 전 충진되는 공간의 부피를 조절함으로써, 공급되는 재료물질의 공급 면적 또는 부피를 조절 가능하여, 조형체의 조건에 따라 적합한 분량의 분말 분급량으로 조절하여 재료물질을 공급할 수 있는 3D 프린팅 장치 및 이를 이용한 3D 프린팅 방법에 관한 것이다.
최근에, 도면만 있으면 누구나 제품을 생산할 수 있는 3D프린터가 새로운 산업혁명이라 불리면서 많은 관심을 받고 있다. 3D프린터는 디지털화된 3차원 제품 디자인에 대해 2차원 단면을 연속적으로 재구성해 소재를 한층씩 적층해서 3차원적인 제품을 생산한다.
이러한 3D 프린팅 방식은, 크게 사용되는 재료물질의 특징에 따라 액체, 파우더, 고체 기반으로 분류할 수 있다. 그 중 파우더 방식(Powder Bed Fusion(PBF))은, 소재 분말을 얇게 펼쳐서 배열한 뒤에 원하는 부분만을 레이저(또는 전자빔 등)를 사용하여 조사한 뒤에, 그 위에 다시 분말로 다음 층(layer)을 형성하고 원하는 부분을 레이저로 조사하는 과정을 반복하여 수행하는 SLS(selective laser sintering)방식이 많은 관심을 받고 있다. SLS는 주로 금속 분말을 사용하여 DMLS(direct metal laser sintering) 등으로 표현되기도 한다.
기존의 SLS 방식에서는, 분말을 블레이드를 통해 높이를 조절하면서 평평하게 펼친 후 레이저를 조사하여 한 층을 형성시킬 때, 분말이 펼쳐지는 범위는 조형체의 조건에 상관없이 작업공간의 전면에 고르게 펼쳐지고, 필요 이상의 분말이 투입되므로, 이러한 고가의 분말에 대한 불필요한 비용상승 문제가 발생한다.
또한, 소량의 분말이 남은 경우, 소량의 분말로는 적층이 용이하지 않아, 소량의 분말을 활용하는데 한계가 있다는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1801026호(발명의 명칭: SLS 3Ｄ 프린터용 분말층 형성 장치)에서는, 작업대 위를 왕복 이동하면서 소재 분말을 펼쳐서 배열하는 슬라이더와 상기 슬라이더에 소재 분말을 공급하는 분말 피더기로 구성된 장치로서, 상기 슬라이더가, 상기 분말 피더기에서 공급된 소재 분말을 담아서 보관하는 외벽; 및 상기 외벽에 부착되며 끝부분이 상기 외벽의 하단보다 아래쪽으로 돌출된 높이 조절판을 포함하여 구성되고, 슬라이더가 이동하는 경우에 외벽 내부에 보관된 소재분말이 바닥과 상기 높이 조절판의 사이 공간에 배열됨으로써 분말층이 형성되는 SLS 3Ｄ 프린터용 분말층 형성 장치가 개시되어 있다.
대한민국 등록특허 제10-1801026호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 조형체의 크기 등 조형체의 조건에 따라 적합한 분말 분급량으로 조절하여 분말이 공급되어 조형체가 조형되도록 하는 것이다.
그리고, 본 발명의 목적은, 소량의 분말을 이용하여 조형체를 형성하는 경우, 소량의 분말 사용 효율을 증대시키는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 내부에 분말 형태의 재료물질이 충진되고, 상기 재료물질을 이동시키는 파우더베드부; 상기 파우더베드부로부터 상기 재료물질을 공급 받고, 상기 재료물질에 대한 조형이 수행되는 빌드부; 상기 빌드부의 상기 재료물질에 열을 제공하여 각각의 상기 조형레이어를 형성하는 열원부; 좌우 방향으로 이동하며 상기 파우더베드부에 충진된 상기 재료물질을 상기 빌드부로 이동시키는 물질이동부; 및 상기 파우더베드부와 결합하여 상기 파우더베드부의 내부 공간을 분리시키고, 상기 파우더베드부에서 상기 재료물질이 충진되는 공간인 베드공간의 부피를 가변시켜, 상기 빌드부로 공급되는 재료물질의 양이 제어되도록 하는 파티션부;를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 파티션부는, 벽체 형상으로 형성되고, 상기 파우더베드부의 내부 공간을 분리시켜 상기 베드공간이 형성되게 하는 분리파티션, 및 상기 분리파티션과 결합하여 상기 분리파티션을 지지하고, 상기 파우더베드부와 결합하는 파티션지지체,를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 파티션지지체는, 상기 분리파티션의 상하 이동을 가이드하는 제1돌부를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 파티션지지체는, 상기 파우더베드부에 형성된 홈인 베드부홈을 따라 상기 파티션지지체가 이동하도록 하는 제2돌부를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 파티션지지체는, 상기 분리파티션과 결합하여 상기 분리파티션을 상하 방향으로 이동시키는 제1파티션구동부를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 분리파티션과 결합하고, 상기 분리파티션을 전후 방향으로 이동시키는 제2파티션구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 빌드부에 충진된 상기 재료물질을 지지하도록, 상기 3D 조형체 조형 중, 상기 빌드부에서 상기 조형레이어를 적층시켜 지지벽체를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 빌드부는, 상기 지지벽체가 형성된 후 상기 빌드부에서 조형이 수행되는 공간인 빌드공간에 충진된 상기 재료물질을 하 방향으로 이동시키는 빌드지지부를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 파우더베드부는, 상기 베드공간에 상기 재료물질이 충진된 후, 상기 재료물질을 상 방향으로 이동시키는 베드지지부를 구비할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, i) 상기 파우더베드부와 상기 파티션부를 결합하여 상기 베드공간의 부피를 조절하는 단계; ii) 상기 베드공간에 상기 재료물질을 공급하는 단계; iii) 상기 파우더베드부로부터 상기 빌드부로 상기 재료물질이 공급되는 단계; 및 iv) 상기 빌드부에서 상기 3D 조형체와 지지벽체가 형성되는 단계;를 포함한다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 재료물질이 공급되기 전 충진되는 공간의 부피를 조절함으로써, 공급되는 재료물질의 공급 면적 또는 부피를 조절 가능하여, 조형체의 조건에 따라 적합한 분량의 분말 분급량으로 조절하여 재료물질을 공급할 수 있다는 것이다.
그리고, 본 발명의 효과는, 3D 프린팅 장치에 소량의 분말이 남은 경우에도, 소량의 분말이 조형체를 형성하기에 적합한 높이로 적층될 수 있도록 재료물질이 적층되는 공간을 형성 가능하여, 소량의 분말 사용 효율을 증대시킬 수 있다는 것이다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D 프린팅 장치에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파우더베드부에 대한 평면도 및 정면 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D 프린팅 장치 일부위에 대한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파티션부와 파우더베드부에 대한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파티션부의 정면도 및 후면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파티션부의 평면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D 프린팅 장치에 대한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파우더베드부(200)에 대한 평면도 및 정면 단면도이다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 3D 프린팅 장치 원리에 대한 명확한 설명을 위해 비교적 단순하게 도시되어 있다.
(도 1에서, 빌드부(300)에서 형성된 3D 조형체(700)는 재료물질(10)에 묻혀 있고, 지지벽체(310)도 이와 같은 3D 조형체(700)를 둘러싼 재료물질(10)을 지지하도록 형성되나, 도 1에서는 이해의 편의를 위해 3D 조형체(700)를 둘러싼 재료물질(10)을 생략하여 나타내고 있다.)
그리고, 도 2의 (a)는 파우더베드부(200)의 평면도이며, 도 2의 (a)에서 화살표 좌측은 초기 베드공간에 대한 도면이고, 도 2의 (a)에서 화살표 우측은 부피가 제어된 후 베드공간에 대한 도면이다. 그리고, 도 2의 (b)는 파우더베드부(200)의 정면 단면도이며, 도 2의 (b)에서 화살표 좌측은 초기 베드공간에 대한 도면이고, 도 2의 (b)에서 화살표 우측은 부피가 제어된 후 베드공간에 대한 도면이다.
또한, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D 프린팅 장치 일부위에 대한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파티션부(100)와 파우더베드부(200)에 대한 사시도이다.
그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파티션부(100)의 정면도 및 후면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파티션부(100)의 평면도이다. 여기서, 도 5의 (a)는 파티션부(100)의 정면도이고, 도 5의 (b)는 파티션부(100)의 후면도이다.
도 1 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 복수 개의 조형레이어가 적층되어 형성되는 3D 조형체(700)를 조형 가능한 3D프린팅 장치에 있어서, 본 발명의 3D프린팅 장치는, 내부에 분말 형태의 재료물질(10)이 충진되고, 재료물질(10)을 이동시키는 파우더베드부(200); 파우더베드부(200)로부터 재료물질(10)을 공급 받고, 재료물질(10)에 대한 조형이 수행되는 빌드부(300); 빌드부(300)의 재료물질(10)에 열을 제공하여 각각의 조형레이어를 형성하는 열원부(600); 좌우 방향으로 이동하며 파우더베드부(200)에 충진된 재료물질(10)을 빌드부(300)로 이동시키는 물질이동부(500); 및 파우더베드부(200)와 결합하여 파우더베드부(200)의 내부 공간을 분리시키고, 파우더베드부(200)에서 재료물질(10)이 충진되는 공간인 베드공간의 부피를 가변시켜, 빌드부(300)로 공급되는 재료물질(10)의 양이 제어되도록 하는 파티션부(100);를 포함한다.
열원부(600)는 ND:YAG 레이저, CO2 레이저 또는 광섬유 레이저 중 하나로 형성될 수 있다. 열원부(600)로 ND:YAG 레이저, CO2 레이저 또는 광섬유 레이저 중 하나를 사용하는 경우, 본 발명의 3D프린팅 장치를 이용한 3D 조형체(700)의 조형은 진공챔버 안에서 이루어질 수 있다. 이 때, 진공챔버 내부는 질소(N), 아르곤(Ar) 등에 의한 불활성 분위기가 형성될 수 있다.
그리고, 열원부(600)는 전자빔(E-Beam) 장치로 형성될 수 있다. 열원부(600)로 전자빔(E-Beam) 장치를 사용하는 경우, 본 발명의 3D프린팅 장치를 이용한 3D 조형체(700)의 조형은 진공챔버 안에서 이루어질 수 있다.
재료물질(10)은, 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 코발트(Co), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 몰리브덴(Mo), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 납(Pb), 주석(Sn), 베릴륨(Be) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속으로 이루어진 분말일 수 있다.
또는, 재료물질(10)은, 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 코발트(Co), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 몰리브덴(Mo), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 납(Pb), 주석(Sn), 베릴륨(Be) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택되는 둘 이상의 금속으로 이루어진 합금의 분말일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는, 재료물질(10)이 상기와 같은 물질로 형성된다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 금속 또는 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 재료물질(10)은 합성수지, 합성수지와 금속의 혼합물 등의 다른 물질의 분말로 형성될 수도 있다.
물질이동부(500)는, 블레이드 형상으로 형성되거나, 또는, 롤의 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 도 3에서 보는 바와 같이, 물질이동부(500)는, 파우더베드부(200)와 빌드부(300) 사이를 반복적으로 이동하는 좌우 왕복 운동에 의해 빌드지지부(320)에 의해 지지되는 재료물질(10)의 상면에 파우더베드부(200)로부터 공급받은 재료물질(10)을 얇은 두께로 펴게 되고, 얇게 펴주면서 일정한 높이로 도포하여 레이어를 형성할 수 있다. 다음으로, 레이어에 열원부(600)의 열원이 조사되어 재료물질(10)이 굳어지며 조형레이어를 형성하고 3D 조형체(700)가 형성될 수 있다.
빌드부(300)에는, 공급받은 재료물질(10)이 충진되어 3D 조형체(700)에 대한 조형이 수행되는 공간인 빌드공간이 형성되며, 빌드부(300)에서 빌드공간을 형성하기 위하여 빌드공간의 좌우 전후 방향으로 벽체 형상인 좌빌드벽체(331), 우빌드벽체(332), 전빌드벽체 및 후빌드벽체가 형성될 수 있다. 도 1 내지 도 3에서, 이해의 편의를 위해 전빌드벽체 및 후빌드벽체가 생략되어 있다.
그리고, 빌드부(300)는, 지지벽체(310)가 형성된 후 빌드부(300)에서 조형이 수행되는 공간인 빌드공간에 충진된 재료물질(10)을 하 방향으로 이동시키는 빌드지지부(320)를 구비할 수 있다. 그리고, 빌드지지부(320)가 빌드공간의 밑면을 형성할 수 있다. 지지벽체(310)는 파티션부(100)와 같이 상세히 설명하기로 한다.
빌드지지부(320)는 좌빌드벽체(331), 우빌드벽체(332), 전빌드벽체 및 후빌드벽체와 접촉하여 상하 방향으로 이동할 수 있으며, 빌드지지부(320)가 하 방향으로 이동하면서 3D 조형체(700)의 조형이 진행됨과 동시에 지지벽체(310)에 대한 조형이 진행될 수 있다.
파우더베드부(200)는 재료물질(10) 공급부로부터 재료물질(10)을 공급받으며, 파우더베드부(200)에는 공급받은 재료물질(10)이 충진되는 베드공간이 형성되며, 파우더베드부(200)에서 베드공간을 형성하기 위하여 베드공간의 좌우 전후 방향으로 벽체 형상인 좌베드벽체(231), 우베드벽체(232), 전베드벽체 및 후베드벽체가 형성될 수 있다. 도 1 내지 도 3에서, 이해의 편의를 위해 전베드벽체 및 후베드벽체가 생략되어 있다.
파우더베드부(200)는, 베드공간에 재료물질(10)이 충진된 후, 재료물질(10)을 상 방향으로 이동시키는 베드지지부(220)를 구비할 수 있다. 그리고, 베드지지부(220)는, 좌베드벽체(231), 우베드벽체(232), 전베드벽체 및 후베드벽체와 접촉하여 상하 방향으로 이동할 수 있으며, 베드지지부(220)가 베드공간의 밑면을 형성할 수 있다.
상기와 같이 빌드부(300)에서 빌드지지부(320)에 의해 지지되는 재료물질(10)의 상면에 파우더베드부(200)로부터 공급받은 재료물질(10)을 얇은 두께로 펴는 경우, 파우더베드부(200)로부터 빌드부(300)로 재료물질(10)을 공급하기 위해 베드지지부(220)가 상 방향으로 이동하여 재료물질(10)의 일부가 빌드공간의 상부로 좌베드벽체(231) 또는 우베드벽의 상단 보다 높이 솟아 오르고, 솟아 오른 재료물질(10)이 물질이동부(500)에 의해 밀림으로써 재료물질(10)이 빌드부(300) 방향으로 이동할 수 있다.
본 발명의 3D 프린팅 장치는, 파우더베드부(200)와 빌드부(300)의 하부 방향에 설치되는 장치구동부를 더 포함하며, 장치구동부는 빌드지지부(320) 및 베드지지부(220)와 결합하고, 장치구동부의 구동에 의해 빌드지지부(320) 또는 베드지지부(220)의 상하 방향 이동이 수행될 수 있다.
파티션부(100)는, 벽체 형상으로 형성되고, 파우더베드부(200)의 내부 공간을 분리시켜 베드공간이 형성되게 하는 분리파티션(110), 및 분리파티션(110)과 결합하여 분리파티션(110)을 지지하고 파우더베드부(200)와 결합하는 파티션지지체(120),를 구비할 수 있다. 여기서, 분리파티션(110)의 상단면은 베드공간의 재료물질(10) 상면과 동일한 평면 상 위치할 수 있다.
도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 파티션지지체(120)는, 분리파티션(110)의 상하 이동을 가이드하는 제1돌부(121)를 구비할 수 있다. 그리고, 분리파티션(110)은 양 측에 파티션홈(111)을 구비하고, 제1돌부(121)와 파티션홈(111)이 결합함으로써 분리파티션(110)이 파티션지지체(120)에 의해 지지됨과 동시에 분리파티션(110)이 파티션지지체(120)의 제1돌부(121)에 가이드되어 일정한 상하 방향으로 왕복 운동이 가능할 수 있다. 그리고, 분리파티션(110)이 상하 방향으로 이동 가능하므로, 분리파티션(110) 설치 전 베드공간에 충진된 재료물질(10) 상에 분리파티션(110)을 위치시켜 베드공간의 부피를 제어한 후 변화된 베드공간에 재료물질(10)을 충진시킬 수 있다. 또한, 베드공간에 재료물질(10)이 충진되기 전에 분리파티션(110)을 위치시켜 미리 베드공간의 부피를 제어할 수 있다.
파티션지지체(120)는, 파우더베드부(200)에 형성된 홈인 베드부홈(210)을 따라 파티션지지체(120)가 이동하도록 하는 제2돌부(122)를 구비할 수 있다. 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 베드부홈(210)은 좌베드벽체(231)의 상단 및 우베드벽체(232)의 상단에 형성될 수 있고, 파티션지지체(120)의 제2돌부(122)가 각각의 베드부홈(210)에 인입됨으로써, 파티션지지체(120)와 파우더베드부(200)가 결합할 수 있다. 이에 따라, 파티션지지체(120)가 파우더베드부(200)의 좌베드벽체(231)와 우베드벽체(232)에 의해 지지됨과 동시에 파티션지지체(120)가 베드부홈(210)에 가이드되어 일정한 전후 방향으로 왕복 운동이 가능할 수 있다.
상기와 같이, 분리파티션(110)에 의해 재료물질(10)의 후면이 지지됨으로써 재료물질(10)의 충진 부피가 제어되고, 이에 대응하여, 빌드부(300)에 충진된 재료물질(10)을 지지하도록, 3D 조형체(700) 조형 중, 빌드부(300)에서 조형레이어를 적층시켜 지지벽체(310)를 형성할 수 있다. 여기서, 지지벽체(310)의 형성에 의해 빌드공간의 부피가 제어될 수 있다.
도 3에서 보는 바와 같이, 지지벽체(310)는 3D 조형체(700)의 조형레이어가 형성될 때 동시에 형성될 수 있으며, 이와 같이 지지벽체(310)가 재료물질(10)에 의한 레이어가 적층됨으로써 형성되기 위하여, 파우더베드부(200)로부터 빌드부(300)로 재료물질(10)이 공급되는 때에 이미 형성된 지지벽체(310)의 상단에 재료물질(10)이 공급되어 적층된 후 열원부(600)에 의해 지지벽체(310)의 레이어가 조형될 수 있다.
그리고, 도 3에서 보는 바와 같이, 좌우 방향의 축을 기준으로 지지벽체(310) 상단의 길이 방향 축과 분리파티션(110) 상단의 길이 방향 축이 평행하게 형성될 수 있고, 분리파티션(110)에 의한 베드공간의 밑면 넓이보다 지지벽체(310)에 의한 빌드공간의 밑면 넓이가 작게 되는 위치에 지지벽체(310)가 형성될 수 있다. 즉, 파우더베드부(200)와 빌드부(300)의 전면을 기준으로 하는 경우, 지지벽체(310)가 파우더베드부(200)와 빌드부(300)의 전면에 분리파티션(110) 보다 더 근접하게 위치하여 형성될 수 있다.
상기와 같이, 파티션부(100)에 의해 베드공간의 부피가 제어됨으로써, 도 2의 (a)에서 보는 바와 같이 베드공간에 충진된 재료물질(10)의 부피가 감소하고, 동시에, 도 2의 (b)에서 보는 바와 같이 베드공간에 충진된 재료물질(10)의 충진 높이가 증가함으로써, 파우더베드부(200) 전체에 형성된 베드공간에 충진된 재료물질(10)보다 상대적으로 소량의 재료물질(10)을 빌드부(300)로 공급할 수 있다.
그리고, 지지벽체(310)의 설명에서 보는 바와 같이, 베드공간의 부피가 제어됨에 대응하여 빌드공간의 부피가 제어됨으로써, 빌드부(300)가 상대적으로 소량의 재료물질(10)을 파우더베드부(200)로부터 공급받더라도, 3D 조형체(700)를 완성시킬 수 있는 횟수로 재료물질(10)을 공급받을 수 있어, 상대적으로 소량의 재료물질(10)로 3D 조형체(700)를 형성할 수 있다.
상기와 같이, 파티션부(100)를 설치하고, 분리파티션(110)을 상하 방향으로 이동시키거나 파티션지지체(120)를 전후 방향으로 이동시켜 조절하는 경우, 각각의 설치 또는 조절을 사용자가 직접 수동으로 수행할 수 있다.
다만, 파티션부(100)를 수동으로 설치 및 제어하는 경우, 파티션부(100)와 파우더베드부(200) 간 결합 오차가 발생할 수 있고, 본 발명의 3D 프린팅 장치 대형으로 제작되는 경우, 분리파티션(110)을 상하 방향으로 이동시키거나 파티션지지체(120)를 전후 방향으로 이동시키는데 사용자의 힘만으로는 용이하지 않을 수 있다.
따라서, 도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이, 파티션지지체(120)는, 분리파티션(110)과 결합하여 분리파티션(110)을 상하 방향으로 이동시키는 제1파티션구동부(410)를 구비할 수 있다. 그리고, 본 발명의 3D 프린팅 장치는, 분리파티션(110)과 결합하고 분리파티션(110)을 전후 방향으로 이동시키는 제2파티션구동부(420)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2파티션구동부(420)는, 파우더베드부(200)의 후베드벽체에 결합할 수 있다. 또는, 제2파티션구동부(420)는, 파우더베드부(200)와 빌드부(300)가 설치되는 챔버의 벽체에 결합하여 형성될 수 있다.
도 5에서 보는 바와 같이, 분리파티션(110)의 후면에는 분리파티션(110)의 면 길이를 따라 나사산의 형상인 파티션나사산(112)이 형성될 수 있다. 그리고, 제1파티션구동부(410)의 내부에는 회전기어가 형성되고, 파티션나사산(112)과 제1파티션구동부(410)의 회전기어가 치합하며, 회전기어의 회전 운동에 의해 분리파티션(110)의 상하 방향 이동이 수행될 수 있다.
그리고, 도 6에서 보는 바와 같이, 제1파티션구동부(410)와 제2파티션구동부(420)는 바의 형상인 이동바(421)에 의해 연결될 수 있고, 이동바(421)의 일 부위는 제2파티션구동부(420)와 결합하며 이동바(421)의 타 부위는 제1파티션구동부(410)와 결합하고, 제2파티션구동부(420)가 이동바(421)를 전후 방향으로 왕복 운동시킴으로써 이동바(421)와 결합한 파티션부(100)가 전후 방향으로 왕복 운동할 수 있다.
상기와 같이, 파우더베드부(200)에 재료물질(10)이 충진되기 전 베드공간의 부피를 조절하고, 이에 대응하여 빌드공간의 부피가 조절되게 함으로써, 파우더베드부(200)로부터 빌드부(300)로 공급되는 재료물질(10)의 공급 면적 또는 부피를 조절 가능하여, 3D 조형체(700)의 조건에 따라 적합한 분량의 분말 분급량으로 분말인 재료물질(10)을 공급할 수 있다.
그리고, 상기와 같이 상대적으로 소량의 재료물질(10)을 이용할 수 있으므로, 본 발명의 3D 프린팅 장치에 소량의 재료물질(10) 분말이 남은 경우에도, 소량의 재료물질(10)이 조형체를 형성하기에 적합한 높이로 적층될 수 있도록 재료물질(10)이 적층되는 공간을 형성 가능하여, 소량의 재료물질(10) 분말 사용 효율을 증대시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 3D프린팅 장치를 이용한 3D 프린팅 방법에 대해 설명하기로 한다.
첫째 단계에서, 파우더베드부(200)와 파티션부(100)를 결합하여 베드공간의 부피를 조절할 수 있다.
둘째 단계에서, 베드공간에 재료물질(10)을 공급할 수 있다.
셋째 단계에서, 파우더베드부(200)로부터 빌드부(300)로 재료물질(10)이 공급될 수 있다. 여기서, 파우더베드부(200)로부터 빌드부(300)로 재료물질(10)이 최초 공급 시, 빌드지지부(320) 상 지지벽체(310)가 형성되는 위치에도 재료물질(10)이 도포될 수 있다.
넷째 단계에서, 빌드부(300)에서 3D 조형체(700)와 지지벽체(310)가 형성될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 재료물질 100 : 파티션부
110 : 분리파티션 111 : 파티션홈
112 : 파티션나사산 120 : 파티션지지체
121 : 제1돌부 122 : 제2돌부
200 : 파우더베드부 210 : 베드부홈
220 : 베드지지부 231 : 좌베드벽체
232 : 우베드벽체 300 : 빌드부
310 : 지지벽체 320 : 빌드지지부
331 : 좌빌드벽체 332 : 우빌드벽체
410 : 제1파티션구동부 420 : 제2파티션구동부
421 : 이동바 500 : 물질이동부
600 : 열원부 700 : 3D 조형체

Claims (10)

  1. 복수 개의 조형레이어가 적층되어 형성되는 3D 조형체를 조형 가능한 3D프린팅 장치에 있어서,
    내부에 분말 형태의 재료물질이 충진되고, 상기 재료물질을 이동시키는 파우더베드부;
    상기 파우더베드부로부터 상기 재료물질을 공급 받고, 상기 재료물질에 대한 조형이 수행되는 빌드부;
    상기 빌드부의 상기 재료물질에 열을 제공하여 각각의 상기 조형레이어를 형성하는 열원부;
    좌우 방향으로 이동하며 상기 파우더베드부에 충진된 상기 재료물질을 상기 빌드부로 이동시키는 물질이동부; 및
    상기 파우더베드부와 결합하여 상기 파우더베드부의 내부 공간을 분리시키고, 상기 파우더베드부에서 상기 재료물질이 충진되는 공간인 베드공간의 부피를 가변시켜, 상기 빌드부로 공급되는 재료물질의 양이 제어되도록 하는 파티션부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 분급량 조절 가능한 3D프린팅 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 파티션부는,
    벽체 형상으로 형성되고, 상기 파우더베드부의 내부 공간을 분리시켜 상기 베드공간이 형성되게 하는 분리파티션, 및
    상기 분리파티션과 결합하여 상기 분리파티션을 지지하고, 상기 파우더베드부와 결합하는 파티션지지체,를 구비하는 것을 특징으로 하는 분말 분급량 조절 가능한 3D프린팅 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 파티션지지체는, 상기 분리파티션의 상하 이동을 가이드하는 제1돌부를 구비하는 것을 특징으로 하는 분말 분급량 조절 가능한 3D프린팅 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 파티션지지체는, 상기 파우더베드부에 형성된 홈인 베드부홈을 따라 상기 파티션지지체가 이동하도록 하는 제2돌부를 구비하는 것을 특징으로 하는 분말 분급량 조절 가능한 3D프린팅 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 파티션지지체는, 상기 분리파티션과 결합하여 상기 분리파티션을 상하 방향으로 이동시키는 제1파티션구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 분말 분급량 조절 가능한 3D프린팅 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 분리파티션과 결합하고, 상기 분리파티션을 전후 방향으로 이동시키는 제2파티션구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 분급량 조절 가능한 3D프린팅 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 빌드부에 충진된 상기 재료물질을 지지하도록, 상기 3D 조형체 조형 중, 상기 빌드부에서 상기 조형레이어를 적층시켜 지지벽체를 형성하는 것을 특징으로 하는 분말 분급량 조절 가능한 3D프린팅 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 빌드부는, 상기 지지벽체가 형성된 후 상기 빌드부에서 조형이 수행되는 공간인 빌드공간에 충진된 상기 재료물질을 하 방향으로 이동시키는 빌드지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 분말 분급량 조절 가능한 3D프린팅 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 파우더베드부는, 상기 베드공간에 상기 재료물질이 충진된 후, 상기 재료물질을 상 방향으로 이동시키는 베드지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 분말 분급량 조절 가능한 3D프린팅 장치.
  10. 청구항 1의 분말 분급량 조절 가능한 3D프린팅 장치를 이용한 3D 프린팅 방법에 있어서,
    i) 상기 파우더베드부와 상기 파티션부를 결합하여 상기 베드공간의 부피를 조절하는 단계;
    ii) 상기 베드공간에 상기 재료물질을 공급하는 단계;
    iii) 상기 파우더베드부로부터 상기 빌드부로 상기 재료물질이 공급되는 단계; 및
    iv) 상기 빌드부에서 상기 3D 조형체와 지지벽체가 형성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 분급량 조절 가능한 3D프린팅 장치를 이용한 3D 프린팅 방법.
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