KR102152465B1 - 3d 프린팅 시스템 분말제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파우더 노즐부와 근접하게 배치된 파우더 제어부에 포함된 자석을 이동시키거나, 또는 자석의 세기를 변화시킴으로써 파우더 노즐부로부터 분사되는 파우더의 포커싱 위치를 제어함으로써 열원부의 디포커싱으로 형성되는 용융풀의 위치와, 파우더가 포커싱되는 상대적인 관계에 따른 적층효율이 향상되고, 보다 정교한 3차원 대상물을 제작할 수 있는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 파우더를 분사하는 파우더 노즐부와, 상기 파우더를 용융시키는 열원부와, 상기 파우더를 제어하는 파우더 제어부를 포함하되, 상기 파우더 제어부는 자력을 이용하여 파우더의 분사 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치를 제공한다.

Description

3D 프린팅 시스템 분말제어 장치 및 방법{Apparatus and method for powder control of 3D printing system}
본 발명은 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파우더 노즐부와 근접하게 배치된 파우더 제어부에 포함된 자석을 이동시키거나, 또는 자석의 세기를 변화시킴으로써 파우더 노즐부로부터 분사되는 파우더의 포커싱 위치를 제어함으로써 열원부의 디포커싱으로 형성되는 용융풀의 위치와, 파우더가 포커싱되는 상대적인 관계에 따른 적층효율이 향상되고, 보다 정교한 3차원 대상물을 제작할 수 있는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 3D 프린팅 기술은 청사진, 도면 등의 2D 평면 인쇄와 달리 입체적으로 형상을 구현 및 복제하는 기술이며, 불과 수시간 정도의 짧은 시간에 제품 모습을 그대로 제작해 낼 수 있어 산업 전반에 걸쳐 기획부터 제품 생산에 이르기까지 많은 변화를 야기했다.
3D 프린팅 기술은 기존에 사용하던 평면 프린팅 방식을 개선하여 출력물을 단계별로 쌓아 실제 모양을 만들어 내게 되며, 의료산업에서는 치아 모형, 수술 전 모의수술 실험용 형상 등에 사용되고 있고, 건설산업에서는 소형 건축물 및 실시간 건축 디자인 형상 제작에 실제로 적용되고 있다.
또한, 3차원 프린팅 기술은 이미 제작된 형상물을 복제하거나, 3차원 컴퓨터 지원 설계(CAD)를 이용해 만든 형상을 실물로 제작함으로써 설계 오차를 줄이고 리버스 엔지니어링(완성된 제품을 상세히 분석해 기본적인 설계내용을 추적) 설계가 이루어질 수 있도록 해주고 있다.
이와 같은 일을 가능케 하는 3차원 프린터는 물건을 찍어내는 실물 복제기로서, 물체를 3차원으로 설계해 컴퓨터 파일을 CAD 방식으로 만든 후 3D 프린터에 구비되는 실린더에서 가압부재를 통해 액체형 플라스틱 또는 금속 파우더 등을 분사하여 설계 모양대로 제품을 형성하며, 하나의 3D 프린터에 여러 종류의 성형재료가 분사될 수 있는 시스템을 구축함으로써 복합재료로 구성되는 제품 또한 제작할 수 있게 된다.
상술한 여러 종류의 3D 프린터 중 금속 파우더를 분사하여 성형재료를 적층하는 3D 프린터의 경우, 다중 홀을 구비한 노즐로부터 금속 파우더가 분사되고, 금속 파우더의 포커싱 위치에 따라 적층되는 영역의 크기가 달라진다.
그러나 이러한 3D 프린터의 경우, 열원의 크기가 변화할 때 노즐로부터 분사되는 금속 파우더의 포커싱 위치를 변경하기 어려운 문제점이 있으며, 이에 따라, 적층하고자 하는 영역에 금속 파우더를 적층할 수 없어 제작하고자 하는 대상물의 제작이 어려운 문제점이 있다.
중국 공개특허공보 제104190929호 (발명의 명칭: 3D printing forming method and device for metal parts under action of magnetic field, 공개일: 2014.12.10)
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 파우더 노즐부와 근접하게 배치된 파우더 제어부에 포함된 자석을 이동시키거나, 또는 자석의 세기를 변화시킴으로써 파우더 노즐부로부터 분사되는 파우더의 포커싱 위치를 제어함으로써 열원부의 디포커싱으로 형성되는 용융풀의 위치와, 파우더가 포커싱되는 상대적인 관계에 따른 적층효율이 향상되고, 보다 정교한 3차원 대상물을 제작할 수 있는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 파우더를 분사하는 파우더 노즐부와, 상기 파우더를 용융시키는 열원부와, 상기 파우더를 제어하는 파우더 제어부를 포함하되, 상기 파우더 제어부는 자력을 이용하여 파우더의 분사 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치를 제공한다.
여기서, 상기 파우더 노즐부는 상기 열원부를 중심점으로 하는 가상의 원에 배치되는 복수개의 파우더 노즐을 포함하며, 상기 파우더 제어부는 복수개로 구성되되, 상기 복수개의 파우더 노즐과 상기 열원부 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 파우더 노즐부는 상기 열원부를 중심점으로 하는 가상의 원에 배치되는 복수개의 파우더 노즐을 포함하며, 상기 파우더 제어부는 복수개로 구성되되, 상기 복수개의 파우더 노즐이 배치되는 가상의 원의 외부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 파우더 노즐부는 상기 열원부를 중심점으로 하는 가상의 원에 배치되는 복수개의 파우더 노즐을 포함하며, 상기 파우더 제어부는 복수개로 구성되되, 상기 복수개의 파우더 노즐의 하부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 파우더 제어부는 자석 및 자석 지지부를 포함하되, 상기 자석 지지부는 상하좌우로 이동가능할 수 있다.
또한, 상기 자석은 영구자석, 전자석 또는 자성을 가진 물체 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 자석은 상기 파우더의 분사 방향을 따라 적어도 2개 이상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 파우더 제어부는 자석 및 자석 지지부를 포함하되, 상기 자석은 상기 복수개의 파우더 노즐에 각각 배치될 수 있다.
또한, 상기 파우더 제어부는 자석 및 자석 지지부를 포함하되, 상기 자석은 도넛 형상일 수 있다.
또한, 상기 파우더 노즐부는 상기 열원부를 중심점으로 하는 가상의 원에 배치되는 콘 형상이며, 상기 파우더 제어부는 상기 노즐부와 상기 열원부 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 파우더 노즐부는 상기 열원부를 중심점으로 하는 가상의 원에 배치되는 콘 형상이며, 상기 파우더 제어부는 상기 파우더 노즐부의 외측부를 따라 배치될 수 있다.
또한, 상기 파우더 노즐부는 상기 열원부를 중심점으로 하는 가상의 원에 배치되는 콘 형상이며, 상기 파우더 제어부는 상기 파우더 노즐부의 하부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 파우더 제어부는 자석 및 자석 지지부를 포함하되, 상기 자석은 복수개로 구성되되, 상기 파우더 노즐부를 중심으로 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 파우더 제어부는 자석 및 자석 지지부를 포함하되, 상기 자석은 도넛 형상일 수 있다.
또한, 본 발명은 파우더 노즐부 내부에 위치하는 파우더를 파우더 제어부가 제어하는 파우더 제어단계와, 상기 파우더 노즐부가 상기 파우더를 분사하는 파우더 분사단계와, 분사된 상기 파우더를 용융시키는 파우더 용융단계와, 용융된 상기 파우더가 적층되는 파우더 적층단계를 포함하되, 상기 파우더 제어단계에서 상기 파우더 제어부는 자력을 이용하여 파우더의 분사 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 파우더 노즐부와 근접하게 배치된 파우더 제어부에 포함된 자석을 이동시키거나, 또는 자석의 세기를 변화시킴으로써 파우더 노즐부로부터 분사되는 파우더의 포커싱 위치를 제어함으로써 보다 정교하게 3차원 대상물을 제작할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 파우더 제어부를 통해 포커싱 위치를 제어할 뿐만 아니라, 파우더 노즐부로부터 분사되는 분말의 분사량 및 분사속도를 제어함으로써 곡면영역의 적층시 보다 정교하게 분말의 분사를 제어함으로써 3차원 대상물을 보다 정교하게 제작할 수 있는 이점이 있다.
셋째, 열원부의 디포커싱으로 형성되는 용융풀의 위치와, 파우더가 포커싱되는 상대적인 관계에 따른 적층효율을 향상되며, 파우더 제어부에 의하여 능동적으로 파우더의 포커싱 위치를 바꿈으로써 파우더의 적층 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
넷째, 파우더 노즐부에 포함되는 복수개의 파우더 노즐에서 분사되는 파우더의 분사각도를 파우더 제어부를 통해 독립적으로 조절함으로써 경사면 적층시 또는 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치가 로봇 등에 장착되어 헤드가 기울어져 공급되는 파우더가 중력의 영향을 받을 때 이를 보상해주어 정교한 적층을 수행할 수 있을뿐만 아니라 적층효율이 향상될 수 있는 이점이 있다.
다섯째, 파우더 제어부를 통해 파우더가 포커싱되는 위치를 조정하여 파우더의 적층량을 조절함으로써 파우더가 과다하게 적층된 특정 영역에 파우더의 포커싱 위치를 변경하여 파우더의 분사량을 줄임으로써 적층량을 줄일 수 있게 되고, 이로 인하여 평탄면 적층면을 구현할 수 있는 이점이 있다.
여섯째, 3D 프린터가 DED 방식인 경우, 파우더 제어부의 자력을 이용함으로써 직경이 작은 파우더들도 자력에 의하여 날리지 않고 용융풀로 공급될 수 있어 적층효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이를 이용하여 직경이 작은 파우더를 분사하는 동시에, 열원부에서 조사되는 열원의 직경을 줄임으로써 DED로 좁은 선폭을 가지는 전선 등을 제작하는 정밀한 적층을 수행할 수 있게 되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 제1 실시예에서 파우더 제어부의 제1 변형예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 제1 실시예에서 파우더 제어부의 제2 변형예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 제1 실시예에서 파우더 제어부의 제3 변형예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 제1 실시예에서 파우더 제어부의 제4 변형예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 제1 실시예에서 파우더 제어부의 제5 변형예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 제1 실시예에서 파우더 제어부의 제6 변형예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 제2 실시예에서 파우더 제어부의 제1 변형예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 제2 실시예에서 파우더 제어부의 제2 변형예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 제2 실시예에서 파우더 제어부의 제2 변형예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 제2 실시예에서 파우더 제어부의 제2 변형예를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 제2 실시예에서 파우더 제어부의 제2 변형예를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 제2 실시예에서 파우더 제어부의 제2 변형예를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치는 파우더 노즐부, 열원부(1100) 및 파우더 제어부를 포함한다.
상기 파우더 노즐부는 내부에 파우더(P)가 수용되며, 상기 파우더(P)를 분사한다. 본 실시예에서의 상기 파우더 노즐부는 상기 열원부(1100)를 중심점으로 하는 가상의 원에 일정한 간격으로 이격되어 배치되는 복수개의 파우더 노즐를 포함하며, 본 명세서에서는 상기 파우더 노즐부가 제1 파우더 노즐(1210), 제2 파우더 노즐(1220), 제3 파우더 노즐(1230) 및 제4 파우더 노즐(미도시)을 포함하는 것을 예시로 하여 본 발명의 설명을 후술하도록 한다.
여기서, 상기 파우더 노즐부에 포함되는 상기 파우더 노즐의 갯수는 이에 한정되지 아니하며, 상기 파우더(P)가 적층하고자 하는 영역의 최소 및 최대 직경을 기준으로 자유롭게 변경가능하다.
상기 열원부(1100)는 상기 파우더 제어부로부터 분사되는 상기 파우더(P)에 열원을 조사하여 상기 파우더(P)를 용융시킴으로써 결과적으로 제작하고자 하는 대상물을 제작할 수 있도록 하며, 상기 열원부(1100)는 아크, 전자빔, 레이저 등으로 구성될 수 있다.
상기 파우더 제어부는 상기 자력을 이용하여 상기 파우더 노즐부로부터 분사되는 상기 파우더(P)의 분사 각도뿐만 아니라 분사량 및 분사속도 또한 제어할 수도 있으며, 이에 대한 설명은 후술하도록 한다.
구체적으로, 도 1 및 도 6을 참조하여, 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함되는 상기 파우더 제어부(1310)의 변형예를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함되는 상기 파우더 제어부(1310)의 제1 변형예를 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 파우더 제어부(1310)는 상기 파우더 노즐부(1210, 1220, 1230)와 상기 열원부(1100) 사이에 배치되며, 자석(1311)과 자석지지부(1312)를 포함한다.
상기 자석(1311)은 영구자석, 전자석 또는 자성을 가진 물체 중 적어도 어느 하나이며, 상기 자석(1311)은 복수개로 구성되어 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 제4 파우더 노즐에 각각 배치되고, 상기 자석은 상기 파우더(P)의 분사 방향을 기준으로 제1 자석(1311a, 1311c, 1311e) 및 상기 제1 자석(1311a, 1311c, 1311e)의 하부 영역에 배치되는 제2 자석(1311b, 1311d, 1311f)을 포함한다.
상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 제4 파우더 노즐에 각각 배치되는 상기 자석(1311)의 갯수는 상기 파우더 노즐부의 길이 및 크기를 기준으로 자유롭게 변경 가능하고, 상기 자석(1311)의 갯수를 기준으로 자력의 최대치를 조절함으로써 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 제4 파우더 노즐 각각에서 분사되는 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사 속도를 조절할 수 있으며, 이에 대한 설명은 후술하도록 한다.
또한, 도시되지 않았지만 상기 제1 파우더 노즐(1210) 측에 배치된 자석(1311)의 갯수와, 상기 제2 파우더 노즐(1220) 측에 배치된 자석의 갯수는 다를 수 있으며, 이에 따라 상기 파우더(P)의 분사 방향이 조절될 수 있다.
상기 자석지지부(1312)가 상하좌우로 이동함으로써 상기 자석을 상하좌우 방향으로 이동시킬 수 있으며, 이때 상기 자석지지부(1312)는 상기 자석을 개별적으로 이동시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 자석(1311)은 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 제4 파우더 노즐에 각각 배치되며, 상기 파우더(P)의 분사 방향을 기준으로 상기 제1 자석(1311a, 1311c, 1311e) 및 제2 자석(1311b, 1311d, 1311f)을 포함한다.
또한, 상기 자석은 자력의 세기를 조절할 수 있으며, 이에 따라 상기 자석의 자력의 세기를 조절함으로써 상기 파우더(P)의 분사 각도를 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 제4 파우더 노즐에 각각 배치된 상기 제1 자석(1311a, 1311c, 1311e)과 상기 제2 자석(1311b, 1311d, 1311f)의 자력의 세기가 일정하게 강해진 경우, 상기 파우더(P)는 상기 자석(1311)이 위치한 방향으로 이동하면서 분사되므로, 상기 파우더(P)의 분사각도를 상기 열원부(1100)의 중심부를 기준으로 하였을 때, 상기 자석의 자력의 세기가 보통 수준일 때의 분사각도(A 방향)보다 상기 자석(1311)의 자력의 세기가 강해졌을 때의 분사각도(A' 방향)가 더 커진다.
또한, 이때 상기 제1 자석(1311a, 1311c, 1311e)과 상기 제2 자석(1311b, 1311d, 1311f)의 자력의 세기를 강하게 함으로써 상기 파우더(P)가 이동하는 상기 파우더 노즐부 내부의 직경을 작게 형성하여 상기 파우더(P)의 분사량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상기 파우더(P)의 분사속도를 줄일 수 있게 된다.
결과적으로 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 제어할 수 있게 됨으로써 상기 파우더 노즐부로부터 분사되는 상기 파우더(P)의 포커싱 위치를 제어하여 보다 정교하게 3차원 대상물을 제작할 수 있게 된다.
또한, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 파우더 노즐(1210)에 배치된 상기 제1 자석(1311a)과 상기 제2 자석(1311b)의 자력의 세기를 강하게 하고, 상기 제3 파우더 노즐(1230)에 배치된 상기 제1 자석(1311f)과 상기 제2 자석(1311e)의 자력의 세기는 보통 수준 또는 세기를 약하게 하며, 상기 제2 파우더 노즐(1220) 및 상기 제4 파우더 노즐에 배치된 상기 제1 자석(1311c)과 상기 제2 자석(1311d)의 자력의 세기는 보통 수준을 유지하되, 상기 제1 파우더 노즐(1210) 측으로 이동시킴으로써 상기 파우더(P)의 분사방향을 A 방향에서 A'' 방향으로 조절할 수 있다.
이로 인하여, 곡면영역의 적층시 상기 파우더(P)의 분사방향에 대한 각도를 정밀하게 조절할 수 있게 됨으로써 3차원 대상물을 보다 정교하게 제작할 수 있게 된다.
도 2를 참조하여, 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함되는 상기 파우더 제어부(1320)의 제2 변형예를 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 제2 변형예의 상기 파우더 제어부(1320)는 자석(1321)과 자석지지부(1322)를 포함하고, 상기 자석(1321)은 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 제4 파우더 노즐에 각각 배치되며, 상기 파우더(P)의 분사 방향을 기준으로 상기 제1 자석(1321a, 1321c, 1321e) 및 제2 자석(1321b, 1321d, 1321f)을 포함하며, 상기 자석지지부(1322)가 상기 자석(1321)을 이동시키는 내용은 일 실시예에 따른 제1 변형예의 파우더 제어부(1310)와 동일하다.
다만, 본 변형예의 상기 파우더 제어부(1320)는 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 상기 제4 파우더 노즐이 배치되는 가상의 원의 외부에 배치된다.
상기 파우더 제어부(1320)가 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 상기 제4 파우더 노즐이 배치되는 가상의 원의 외부에 배치됨에 따라 상기 파우더(P)의 분사 각도, 분사량 및 분사속도를 상기 자석(1321)의 자력의 세기를 조절하여 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 제4 파우더 노즐에 각각 배치된 상기 제1 자석(1321a, 1321c, 1321e)과 상기 제2 자석(1321b, 1321d, 1321f)의 자력의 세기가 일정하게 강해진 경우, 상기 파우더(P)는 상기 자석(1321)이 위치한 방향으로 이동하면서 분사되므로, 상기 파우더(P)의 분사각도를 상기 열원부(1100)의 중심부를 기준으로 하였을 때, 상기 자석(1321)의 자력의 세기가 보통 수준일 때의 분사각도(B 방향)보다 상기 자석(1321)의 자력의 세기가 강해졌을 때의 분사각도(B' 방향)가 더 작아진다.
또한, 이때 상기 제1 자석(1321a, 1321c, 1321e)과 상기 제2 자석(1321b, 1321d, 1321f)의 자력의 세기를 강하게 함으로써 상기 파우더(P)가 이동하는 상기 파우더 노즐부 내부의 직경을 작게 형성하여 상기 파우더(P)의 분사량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상기 파우더(P)의 분사속도를 줄일 수 있게 된다.
결과적으로 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 제어할 수 있게 됨으로써 상기 파우더 노즐부로부터 분사되는 상기 파우더(P)의 포커싱 위치를 제어하여 보다 정교하게 3차원 대상물을 제작할 수 있게 된다.
또한, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 파우더 노즐(1210)에 배치된 상기 제1 자석(1321a)과 상기 제2 자석(1321b)의 자력의 세기는 보통 수준으로 유지하고, 상기 제3 파우더 노즐(1230)에 배치된 상기 제1 자석(1321e)과 상기 제2 자석(1321f)의 자력의 세기를 강하게 하며, 상기 제2 파우더 노즐(1220) 및 상기 제4 파우더 노즐에 배치된 상기 제1 자석(1321c)과 상기 제2 자석(1321d)의 자력의 세기는 보통 수준을 유지하되, 상기 제3 파우더 노즐(1230) 측으로 이동시킴으로써 상기 파우더(P)의 분사방향을 B 방향에서 B'' 방향으로 조절할 수 있다.
이로 인하여, 곡면영역의 적층시 상기 파우더(P)의 분사방향에 대한 각도를 정밀하게 조절할 수 있게 됨으로써 3차원 대상물을 보다 정교하게 제작할 수 있게 된다.
도 3을 참조하여, 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함되는 상기 파우더 제어부(1330)의 제3 변형예를 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 제3 변형예의 상기 파우더 제어부(1330)는 자석(1331)과 자석지지부(1332)를 포함하고, 상기 자석(1331)은 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 제4 파우더 노즐에 각각 배치되며, 상기 파우더(P)의 분사 방향을 기준으로 상기 제1 자석(1331a, 1331c, 1331e) 및 제2 자석(1331b, 1331d, 1331f)을 포함하며, 상기 자석지지부(1332)가 상기 자석(1331)을 이동시키는 내용은 일 실시예에 따른 제1 변형예의 파우더 제어부(1310)와 동일하다.
다만, 본 변형예의 상기 파우더 제어부(1330)는 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 상기 제4 파우더 노즐의 하부에 배치된다.
상기 파우더 제어부(1330)가 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 상기 제4 파우더 노즐의 하부에 배치됨에 따라 상기 파우더(P)의 분사 각도, 분사량 및 분사속도를 상기 자석의 자력의 세기를 조절하여 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 제4 파우더 노즐에 각각 배치된 상기 제1 자석(1331a, 1331c, 1331e)과 상기 제2 자석(1331b, 1331d, 1331f)의 자력의 세기가 일정하게 강해진 경우, 상기 파우더(P)는 상기 자석(1331)이 위치한 방향으로 이동하면서 분사되므로, 상기 파우더(P)의 분사각도를 상기 열원부(1100)의 중심부를 기준으로 하였을 때, 상기 자석(1331)의 자력의 세기가 보통 수준일 때의 분사각도(C 방향)보다 상기 자석(1331)의 자력의 세기가 강해졌을 때의 분사각도(C' 방향)가 더 작아진다.
또한, 이때 상기 제1 자석(1331a, 1331c, 1331e)과 상기 제2 자석(1331b, 1331d, 1331f)의 자력의 세기를 강하게 함으로써 상기 파우더(P)의 분사량을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 상기 파우더(P)의 분사속도를 빠르게 할 수 있게 된다.
결과적으로 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 제어할 수 있게 됨으로써 상기 파우더 노즐부로부터 분사되는 상기 파우더(P)의 포커싱 위치를 제어하여 보다 정교하게 3차원 대상물을 제작할 수 있게 된다.
또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 파우더 노즐(1210)에 배치된 상기 제1 자석(1331a)과 상기 제2 자석(1331b)의 자력의 세기를 강하게 하고, 상기 제3 파우더 노즐(1230)에 배치된 상기 제1 자석(1331e)과 상기 제2 자석(1331f)의 자력의 세기는 보통 수준을 유지하며, 상기 제2 파우더 노즐(1220) 및 상기 제4 파우더 노즐에 배치된 상기 제1 자석(1331c)과 상기 제2 자석(1331d)의 자력의 세기는 보통 수준을 유지하되, 상기 제1 파우더 노즐(1210) 측으로 이동시킴으로써 상기 파우더(P)의 분사방향을 C 방향에서 C'' 방향으로 조절할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 자석은 상술한 바와 같이, 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 상기 제4 파우더 노즐 하부에만 배치될 수도 있지만, 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 상기 제4 파우더 노즐의 상부 및 하부에 한 세트로 배치되어 상기 파우더(P)의 분사방향을 조절할 수도 있으며, 이 경우 상기 파우더(P)의 분사각도 조절을 더 효과적으로 수행할 수 있다.
이로 인하여, 곡면영역의 적층시 상기 파우더(P)의 분사방향에 대한 각도를 정밀하게 조절할 수 있게 됨으로써 3차원 대상물을 보다 정교하게 제작할 수 있게 된다.
도 4를 참조하여, 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함되는 상기 파우더 제어부(1340)의 제4 변형예를 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 제4 변형예의 상기 파우더 제어부(1340)가 상기 파우더 노즐부 및 상기 열원부(1100) 사이에 배치되며, 자석(1341)과 자석지지부(1342)를 포함하는 내용은 상술한 일 실시예에 따른 제1 변형예의 파우더 제어부(1310)와 동일하다.
다만, 본 변형예에서 상기 자석(1341)은 도넛 형상으로 형성되며, 도넛 형상의 상기 자석은 상기 파우더(P)의 분사방향을 따라 제1 자석(1341a) 및 상기 제1 자석(1341a)의 하부영역에 배치되는 제2 자석(1341b)을 포함하며, 상기 자석(1341)의 개수는 상기 파우더 노즐부의 길이 및 크기에 따라 변경될 수 있다.
상기 자석지지부(1342)는 상기 제1 자석(1341a) 및 상기 제2 자석(1341b)을 개별적으로 상하로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 자석(1341a) 및 상기 제2 자석(1341b)의 위치와, 자력의 세기를 조절함으로써 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 조절할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 자석(1341a)과 상기 제2 자석(1341b)의 자력의 세기가 일정하게 강해진 경우, 상기 파우더(P)는 상기 자석(1341)이 위치한 방향으로 이동하면서 분사되므로, 상기 파우더(P)의 분사각도를 상기 열원부(1100)의 중심부를 기준으로 하였을 때, 상기 자석(1341)의 자력의 세기가 보통 수준일 때의 분사각도(D 방향)보다 상기 자석(1341)의 자력의 세기가 강해졌을 때의 분사각도(D' 방향)가 더 커지게 된다.
또한, 이때 상기 제1 자석(1341a)과 상기 제2 자석(1341b)의 자력의 세기를 강하게 함으로써 상기 파우더(P)가 이동하는 상기 파우더 노즐부 내부의 직경을 작게 형성하여 상기 파우더(P)의 분사량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상기 파우더(P)의 분사속도를 줄일 수 있게 된다.
결과적으로 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 제어할 수 있게 됨으로써 상기 파우더 노즐부로부터 분사되는 상기 파우더(P)의 포커싱 위치를 제어하여 보다 정교하게 3차원 대상물을 제작할 수 있게 된다.
도 5를 참조하여, 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함되는 상기 파우더 제어부(1350)의 제5 변형예를 설명하면 다음과 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 제5 변형예의 상기 파우더 제어부(1350)가 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 상기 제4 파우더 노즐이 배치되는 가상의 원의 외부에 배치되며, 자석(1351)과 자석지지부(1352)를 포함하는 내용은 상술한 일 실시예에 따른 제2 변형예의 파우더 제어부(1320)와 동일하다.
다만, 본 변형예에서 상기 자석(1351)은 도넛 형상으로 형성되며, 도넛 형상의 상기 자석(1351)은 상기 파우더(P)의 분사방향을 따라 제1 자석(1351a) 및 상기 제1 자석(1351a) 하부영역에 배치되는 제2 자석(1351b)을 포함하며, 상기 자석(1351)의 개수는 상기 파우더 노즐부의 길이 및 크기에 따라 변경될 수 있다.
상기 자석지지부(1352)는 상기 제1 자석(1351a) 및 상기 제2 자석(1351b)을 개별적으로 상하로 이동시킨다.
또한, 상기 제1 자석(1351a) 및 상기 제2 자석(1351b)의 위치와, 자력의 세기를 조절함으로써 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 조절할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 자석(1351a) 및 상기 제2 자석(1351b)의 자력의 세기가 일정하게 강해진 경우, 상기 파우더(P)는 상기 자석(1351)이 위치한 방향으로 이동하면서 분사되므로, 상기 파우더(P)의 분사각도를 상기 열원부(1100)의 중심부를 기준으로 하였을 때, 상기 자석(1351)의 자력의 세기가 보통 수준일 때의 분사각도(E 방향)보다 상기 자석(1351)의 자력의 세기가 강해졌을 때의 분사각도(E' 방향)가 더 작아진다.
또한, 이때 상기 제1 자석(1351a) 및 상기 제2 자석(1351b)의 자력의 세기를 강하게 함으로써 상기 파우더(P)가 이동하는 상기 파우더 노즐부 내부의 직경을 작게 형성하여 상기 파우더(P)의 분사량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상기 파우더(P)의 분사속도를 줄일 수 있게 된다.
결과적으로 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 제어할 수 있게 됨으로써 상기 파우더 노즐부로부터 분사되는 상기 파우더(P)의 포커싱 위치를 제어하여 보다 정교하게 3차원 대상물을 제작할 수 있게 된다.
도 6을 참조하여 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함되는 상기 파우더 제어부의 제6 변형예를 설명하면 다음과 같다.
도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 제6 변형예의 상기 파우더 제어부(1360)가 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 상기 제4 파우더 노즐의 하부에 배치되며, 자석(1361)과 자석지지부(1362)를 포함하는 내용은 상술한 일 실시예에 따른 제3 변형예의 파우더 제어부(1330)와 동일하다.
다만, 본 변형예에서 상기 자석(1361)은 도넛 형상으로 형성되며, 도넛 형상의 상기 자석(1361)은 상기 파우더(P)의 분사방향을 따라 제1 자석(1361a) 및 상기 제1 자석(1361a) 하부영역에 배치되는 제2 자석(1361b)을 포함하며, 상기 자석(1361)의 개수는 상기 파우더 노즐부의 길이 및 크기에 따라 변경될 수 있다.
상기 자석지지부(1362)는 상기 제1 자석(1361a) 및 상기 제2 자석(1361b)을 개별적으로 상하로 이동시킨다.
또한, 상기 제1 자석(1361a) 및 상기 제2 자석(1361b)의 위치와, 자력의 세기를 조절함으로써 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 조절할 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제1 자석(1361a) 및 상기 제2 자석(1361b)의 자력의 세기가 일정하게 강해진 경우, 상기 파우더(P)는 상기 자석(1361)이 위치한 방향으로 이동하면서 분사되므로, 상기 파우더(P)의 분사각도를 상기 열원부(1100)의 중심부를 기준으로 하였을 때, 상기 자석(1361)의 자력의 세기가 보통 수준일 때의 분사각도(F 방향)보다 상기 자석(1361)의 자력의 세기가 강해졌을 때의 분사각도(F' 방향)가 더 작아진다.
또한, 이때 상기 제1 자석(1361a) 및 상기 제2 자석(1361b)의 자력의 세기를 강하게 함으로써 상기 파우더(P)의 분사량을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 상기 파우더(P)의 분사속도를 빠르게 할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 상기 자석은 상술한 바와 같이, 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 상기 제4 파우더 노즐 하부에만 배치될 수도 있지만, 상기 제1 파우더 노즐(1210) 내지 상기 제4 파우더 노즐의 상부 및 하부에 한 세트로 배치되어 상기 파우더(P)의 분사방향을 조절할 수도 있으며, 이 경우 상기 파우더(P)의 분사각도 조절을 더 효과적으로 수행할 수 있다.
결과적으로 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 제어할 수 있게 됨으로써 상기 파우더 노즐부로부터 분사되는 상기 파우더(P)의 포커싱 위치를 제어하여 보다 정교하게 3차원 대상물을 제작할 수 있게 된다.
다음으로, 도 7 내지 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 7 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 파우더 노즐부(2200)에서 파우더(P)가 분사되고, 열원부(2100)가 열원을 조사하여 파우더(P)를 적층시키며, 파우더 제어부가 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 조절하는 내용은 상술한 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치와 동일하다.
다만, 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 파우더 노즐부(2200)는 일실시예와 달리 상기 열원부(2100)를 중심점으로 하는 가상의 원에 배치되는 콘 형상으로 형성되며, 상술한 바와 같이 상기 파우더 제어부는 상기 자력을 이용하여 상기 파우더 노즐부(2200)로부터 분사되는 상기 파우더(P)의 분사 각도, 분사량 및 분사속도를 제어한다.
구체적으로, 도 7 및 도 12를 참조하여, 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함되는 상기 파우더 제어부의 변형예를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 7을 참조하여, 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함되는 상기 파우더 제어부(2310)의 제1 변형예를 설명하면 다음과 같다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 파우더 제어부(2310)는 상기 파우더 노즐부(2200)와 상기 열원부(2100) 사이에 배치되며, 자석(2311)과 자석지지부(2312)를 포함한다.
상기 자석(2311)은 영구자석, 전자석 또는 자성을 가진 물체 중 적어도 어느 하나이며, 상기 자석(2311)은 복수개로 구성되어 상기 파우더 노즐부(2200)의 중심을 기준으로 일정한 간격으로 이격되어 배치되고, 상기 자석(2311)은 상기 파우더(P)의 분사 방향을 기준으로 제1 자석(2311a, 2311c, 2311e) 및 상기 제1 자석(2311a, 2311c, 2311e)의 하부 영역에 배치되는 제2 자석(2311b, 2311d, 2311f)을 포함한다.
다만, 상기 자석(2311)의 갯수는 상기 파우더 노즐부(2200)의 길이 및 크기를 기준으로 자유롭게 변경 가능하고, 상기 자석(2311)의 갯수를 기준으로 자력의 최대치를 조절함으로써 상기 파우더 노즐부(2200)에서 분사되는 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사 속도를 조절할 수 있으며, 이에 대한 설명은 후술하도록 한다.
상기 자석지지부(2312)가 상하좌우로 이동함으로써 상기 자석(2311)을 상하좌우 방향으로 이동시킬 수 있으며, 이때 상기 자석지지부(2312)는 상기 자석(2311)을 개별적으로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 자석(2311)은 자력의 세기를 조절할 수 있으며, 이에 따라 상기 자석(2311)의 자력의 세기를 조절함으로써 상기 파우더(P)의 분사 각도를 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 파우더 노즐부(2200) 중 제1 영역 내지 제4 영역에 각각 배치된 상기 제1 자석(2311a, 2311c, 2311e)과 상기 제2 자석(2311b, 2311d, 2311f)의 자력의 세기가 일정하게 강해진 경우, 상기 파우더(P)는 상기 자석(2311)이 위치한 방향으로 이동하면서 분사되므로, 상기 파우더(P)의 분사각도를 상기 열원부(2100)의 중심부를 기준으로 하였을 때, 상기 자석(2311)의 자력의 세기가 보통 수준일 때의 분사각도(G 방향)보다 상기 자석(2311)의 자력의 세기가 강해졌을 때의 분사각도(G' 방향)가 더 커지게 된다.
이때, 상기 제1 자석(2311a, 2311c, 2311e)과 상기 제2 자석(2311b, 2311d, 2311f)이 위치하지 않는 영역에서 상기 파우더 노즐부(2200)의 내측을 이동하는 상기 파우더(P)의 경우, 상기 제1 자석(2311a, 2311c, 2311e)과 상기 제2 자석(2311b, 2311d, 2311f)의 영향을 받지 않고 이동할 수도 있지만, 이를 이용함으로써 포커싱되는 영역의 위치에 따라 상기 파우더의 분사량을 다르게 할 수 있다.
또는, 상기 자석의 갯수를 증가시키거나 상기 제1 자석(2311a, 2311c, 2311e)과 상기 제2 자석(2311b, 2311d, 2311f)의 자력을 세게 조절함으로써 상기 제1 자석(2311a, 2311c, 2311e)과 상기 제2 자석(2311b, 2311d, 2311f)이 위치하지 않는 영역에서 상기 파우더 노즐부(2200)의 내측을 이동하는 상기 파우더(P)도 자력의 영향을 받을 수 있도록 하여, 상기 파우더(P)의 분사각도를 조절할 수 있도록 할 수도 있다.
또한, 이때 상기 제1 자석(2311a, 2311c, 2311e)과 상기 제2 자석(2311b, 2311d, 2311f)의 자력의 세기를 강하게 함으로써 상기 파우더(P)가 이동하는 상기 파우더 노즐부(2200) 내부의 직경을 작게 형성하여 상기 파우더(P)의 분사량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상기 파우더(P)의 분사속도를 줄일 수 있게 된다.
결과적으로 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 제어할 수 있게 됨으로써 상기 파우더 노즐부(2200)로부터 분사되는 상기 파우더(P)의 포커싱 위치를 제어하여 보다 정교하게 3차원 대상물을 제작할 수 있게 된다.
또한, 도시되지는 않았지만, 상기 제1 영역 내지 제4 영역에 각각 배치된 상기 제1 자석(2311a, 2311c, 2311e)과 상기 제2 자석(2311b, 2311d, 2311f)의 자력의 세기를 서로 다르게 조절함으로써 상기 파우더(P)의 분사방향을 조절할 수 있다.
이로 인하여, 곡면영역의 적층시 상기 파우더(P)의 분사방향에 대한 각도를 정밀하게 조절할 수 있게 됨으로써 3차원 대상물을 보다 정교하게 제작할 수 있게 된다.
도 8를 참조하여, 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함되는 상기 파우더 제어부(2320)의 제2 변형예를 설명하면 다음과 같다.
도 8에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 제2 변형예의 상기 파우더 제어부(2320)는 자석(2321)과 자석지지부(2322)를 포함하고, 상기 자석(2321)은 복수개로 구성되어 제1 영역 내지 제4 영역에 각각 배치되며, 상기 파우더(P)의 분사 방향을 기준으로 상기 제1 자석(2321a, 2321c, 2321e) 및 제2 자석(2321b, 2321d, 2321f)을 포함하며, 상기 자석지지부(2322)가 상기 자석(2321)을 이동시키는 내용은 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치의 다른 실시예에 따른 제1 변형예의 파우더 제어부(2320)와 동일하다.
다만, 다른 실시예에 따른 제2 변형예의 상기 파우더 제어부(2320)는 상기 파우더 노즐부(2200)의 외부에 배치되며, 이에 따라 상기 파우더(P)의 분사 각도, 분사량 및 분사속도를 상기 자석의 자력의 세기를 조절함으로써 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 파우더 노즐부(2200) 중 제1 영역 내지 제4 영역에 각각 배치된 상기 제1 자석(2321a, 2321c, 2321e) 및 제2 자석(2321b, 2321d, 2321f)의 자력의 세기가 일정하게 강해진 경우, 상기 파우더(P)는 상기 자석(2321)이 위치한 방향으로 이동하면서 분사되므로, 상기 파우더(P)의 분사각도를 상기 열원부(2100)의 중심부를 기준으로 하였을 때, 상기 자석(2321)의 자력의 세기가 보통 수준일 때의 분사각도(H 방향)보다 상기 자석(2321)의 자력의 세기가 강해졌을 때의 분사각도(H' 방향)가 더 작아진다.
이때, 상기 제1 자석(2321a, 2321c, 2321e)과 상기 제2 자석(2321b, 2321d, 2321f)이 위치하지 않는 영역에서 상기 파우더 노즐부(2200)의 내측을 이동하는 상기 파우더(P)의 경우, 상기 제1 자석(2321a, 2321c, 2321e)과 상기 제2 자석(2321b, 2321d, 2321f)의 영향을 받지 않고 이동할 수도 있지만, 이를 이용함으로써 포커싱되는 영역의 위치에 따라 상기 파우더의 분사량을 다르게 할 수 있다.
또는, 상기 자석의 갯수를 증가시키거나 상기 제1 자석(2321a, 2321c, 2321e)과 상기 제2 자석(2321b, 2321d, 2321f)의 자력을 세게 조절함으로써 상기 제1 자석(2321a, 2321c, 2321e)과 상기 제2 자석(2321b, 2321d, 2321f)이 위치하지 않는 영역에서 상기 파우더 노즐부(2200)의 내측을 이동하는 상기 파우더(P)도 자력의 영향을 받을 수 있도록 하여, 상기 파우더(P)의 분사각도를 조절할 수 있도록 할 수도 있다.
또한, 이때 상기 제1 자석(2321a, 2321c, 2321e) 및 제2 자석(2321b, 2321d, 2321f)의 자력의 세기를 강하게 함으로써 상기 파우더(P)가 이동하는 상기 파우더 노즐부(2200) 내부의 직경을 작게 형성하여 상기 파우더(P)의 분사량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상기 파우더(P)의 분사속도를 줄일 수 있게 된다.
결과적으로 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 제어할 수 있게 됨으로써 상기 파우더 노즐부(2200)로부터 분사되는 상기 파우더(P)의 포커싱 위치를 제어하여 보다 정교하게 3차원 대상물을 제작할 수 있게 된다.
또한, 도시되지는 않았지만, 상기 제1 영역 내지 제4 영역에 각각 배치된 상기 제1 자석(2321a, 2321c, 2321e) 및 제2 자석(2321b, 2321d, 2321f)의 자력의 세기를 서로 다르게 조절함으로써 상기 파우더(P)의 분사방향을 조절할 수 있다.
이로 인하여, 곡면영역의 적층시 상기 파우더(P)의 분사방향에 대한 각도를 정밀하게 조절할 수 있게 됨으로써 3차원 대상물을 보다 정교하게 제작할 수 있게 된다.
도 9를 참조하여, 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함되는 상기 파우더 제어부(2330)의 제3 변형예를 설명하면 다음과 같다.
도 9에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 제3 변형예의 상기 파우더 제어부(2330)는 자석(2331)과 자석지지부(2332)를 포함하고, 상기 자석(2331)은 복수개로 구성되어 제1 영역 내지 제4 영역에 각각 배치되며, 상기 파우더(P)의 분사 방향을 기준으로 상기 제1 자석(2331a, 2331c, 2331e) 및 제2 자석(2331b, 2331d, 2331f)을 포함하며, 상기 자석지지부(2332)가 상기 자석(2331)을 이동시키는 내용은 다른 실시예에 따른 제1 변형예의 파우더 제어부(2310)와 동일하다.
다만, 본 변형예의 상기 파우더 제어부(2330)는 상기 파우더 노즐부(2200)의 하부에 배치되며, 이에 따라 상기 파우더(P)의 분사 각도, 분사량 및 분사속도를 상기 자석(2331)의 자력의 세기를 조절하여 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 파우더 노즐부(2200) 중 제1 영역 내지 제 4 영역에 각각 배치된 상기 제1 자석(2331a, 2331c, 2331e) 및 제2 자석(2331b, 2331d, 2331f의 자력의 세기가 일정하게 강해진 경우, 상기 파우더(P)는 상기 자석(2331)이 위치한 방향으로 이동하면서 분사되므로, 상기 파우더(P)의 분사각도를 상기 열원부(2100)의 중심부를 기준으로 하였을 때, 상기 자석(2331)의 자력의 세기가 보통 수준일 때의 분사각도(I 방향)보다 상기 자석(2331)의 자력의 세기가 강해졌을 때의 분사각도(I' 방향)가 더 작아진다.
이때, 상기 제1 자석(2331a, 2331c, 2331e) 및 제2 자석(2331b, 2331d, 2331f)이 위치하지 않는 영역에서 상기 파우더 노즐부(2200)의 내측을 이동하는 상기 파우더(P)의 경우, 상기 제1 자석(2331a, 2331c, 2331e) 및 제2 자석(2331b, 2331d, 2331f)의 영향을 받지 않고 이동할 수도 있지만, 이를 이용함으로써 포커싱되는 영역의 위치에 따라 상기 파우더의 분사량을 다르게 할 수 있다.
또는, 상기 자석의 갯수를 증가시키거나 상기 제1 자석(2331a, 2331c, 2331e) 및 제2 자석(2331b, 2331d, 2331f)의 자력을 세게 조절함으로써 상기 제1 자석(2331a, 2331c, 2331e) 및 제2 자석(2331b, 2331d, 2331f)이 위치하지 않는 영역에서 상기 파우더 노즐부(2200)의 내측을 이동하는 상기 파우더(P)도 자력의 영향을 받을 수 있도록 하여, 상기 파우더(P)의 분사각도를 조절할 수 있도록 할 수도 있다.
또한, 이때 상기 제1 자석(2331a, 2331c, 2331e) 및 제2 자석(2331b, 2331d, 2331f)의 자력의 세기를 강하게 함으로써 상기 파우더(P)의 분사량을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 상기 파우더(P)의 분사속도를 빠르게 할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 상기 자석은 상술한 바와 같이, 상기 파우더 노즐부(2200) 의 하부에만 배치될 수도 있지만, 상기 파우더 노즐부(2200)의 상부 및 하부에 한 세트로 배치되어 상기 파우더(P)의 분사방향을 조절할 수도 있으며, 이 경우 상기 파우더(P)의 분사각도 조절을 더 효과적으로 수행할 수 있다.
결과적으로 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 제어할 수 있게 됨으로써 상기 파우더 노즐부(2200)로부터 분사되는 상기 파우더(P)의 포커싱 위치를 제어하여 보다 정교하게 3차원 대상물을 제작할 수 있게 된다.
또한, 도시되지는 않았지만, 상기 제1 영역 내지 제4 영역에 각각 배치된 상기 제1 자석(2331a, 2331c, 2331e) 및 제2 자석(2331b, 2331d, 2331f)의 자력의 세기를 서로 다르게 조절함으로써 상기 파우더(P)의 분사방향을 조절할 수 있다.
이로 인하여, 곡면영역의 적층시 상기 파우더(P)의 분사방향에 대한 각도를 정밀하게 조절할 수 있게 됨으로써 3차원 대상물을 보다 정교하게 제작할 수 있게 된다.
도 10을 참조하여, 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함되는 상기 파우더 제어부(2340)의 제4 변형예를 설명하면 다음과 같다.
도 10에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 제4 변형예의 상기 파우더 제어부(2340)가 상기 파우더 노즐부 및 상기 열원부(2100) 사이에 배치되며, 자석(2341)과 자석지지부(2342)를 포함하는 내용은 상술한 다른 실시예에 따른 제1 변형예의 파우더 제어부(2310)와 동일하다.
다만, 본 변형예에서 상기 자석(2341)은 도넛 형상으로 형성되며, 도넛 형상의 상기 자석(2341)은 상기 파우더(P)의 분사방향을 따라 제1 자석(2341a, 2341c, 2341e) 및 상기 제1 자석(2341a, 2341c, 2341e)의 하부영역에 배치되는 제2 자석(2341b, 2341d, 2341f)을 포함하며, 이때 상기 자석(2341)의 개수는 상기 파우더 노즐부의 길이 및 크기에 따라 변경될 수 있다.
상기 자석지지부(2342)는 상기 제1 자석(2341a, 2341c, 2341e) 및 상기 제2 자석(2341b, 2341d, 2341f)을 개별적으로 상하로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 자석(2341a, 2341c, 2341e) 및 상기 제2 자석(2341b, 2341d, 2341f)의 위치와, 자력의 세기를 조절함으로써 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 조절할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1 자석(2341a, 2341c, 2341e)과 상기 제2 자석(2341b, 2341d, 2341f)의 자력의 세기가 일정하게 강해진 경우, 상기 파우더(P)는 상기 자석(2341)이 위치한 방향으로 이동하면서 분사되므로, 상기 파우더(P)의 분사각도를 상기 열원부(2100)의 중심부를 기준으로 하였을 때, 상기 자석(2341)의 자력의 세기가 보통 수준일 때의 분사각도(J 방향)보다 상기 자석(2341)의 자력의 세기가 강해졌을 때의 분사각도(J' 방향)가 더 커지게 된다.
또한, 이때 상기 제1 자석(2341a, 2341c, 2341e)과 상기 제2 자석(2341b, 2341d, 2341f)의 자력의 세기를 강하게 함으로써 상기 파우더(P)가 이동하는 상기 파우더 노즐부(2200) 내부의 직경을 작게 형성하여 상기 파우더(P)의 분사량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상기 파우더(P)의 분사속도를 줄일 수 있게 된다.
결과적으로 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 제어할 수 있게 됨으로써 상기 파우더 노즐부(2200)로부터 분사되는 상기 파우더(P)의 포커싱 위치를 제어하여 보다 정교하게 3차원 대상물을 제작할 수 있게 된다.
도 11을 참조하여, 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함되는 상기 파우더 제어부(2350)의 제5 변형예를 설명하면 다음과 같다.
도 11에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 제5 변형예의 상기 파우더 제어부(2350)가 상기 파우더 노즐부(2200)의 외부에 배치되며, 자석(2351)과 자석지지부(2352)를 포함하는 내용은 상술한 다른 실시예에 따른 제2 변형예의 파우더 제어부(2320)와 동일하다.
다만, 본 변형예에서 상기 자석(2351)은 도넛 형상으로 형성되며, 도넛 형상의 상기 자석(2351)은 상기 파우더(P)의 분사방향을 따라 제1 자석(2351a, 2351c, 2351e) 및 상기 제1 자석(2351a, 2351c, 2351e) 하부영역에 배치되는 제2 자석(2351b, 2351d, 2351f)을 포함하며, 상기 자석(2351)의 개수는 상기 파우더 노즐부의 길이 및 크기에 따라 변경될 수 있다.
상기 자석지지부(2352)는 상기 제1 자석(2351a, 2351c, 2351e) 및 상기 제2 자석(2351b, 2351d, 2351f)을 개별적으로 상하로 이동시킨다.
또한, 상기 제1 자석(2351a, 2351c, 2351e) 및 상기 제2 자석(2351b, 2351d, 2351f)의 위치와, 자력의 세기를 조절함으로써 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 조절할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제1 자석(2351a, 2351c, 2351e) 및 상기 제2 자석(2351b, 2351d, 2351f)의 자력의 세기가 일정하게 강해진 경우, 상기 파우더(P)는 상기 자석(2351)이 위치한 방향으로 이동하면서 분사되므로, 상기 파우더(P)의 분사각도를 상기 열원부(2100)의 중심부를 기준으로 하였을 때, 상기 자석(2351)의 자력의 세기가 보통 수준일 때의 분사각도(K 방향)보다 상기 자석(2351)의 자력의 세기가 강해졌을 때의 분사각도(K' 방향)가 더 작아진다.
또한, 이때 상기 제1 자석(2351a, 2351c, 2351e) 및 상기 제2 자석(2351b, 2351d, 2351f)의 자력의 세기를 강하게 함으로써 상기 파우더(P)가 이동하는 상기 파우더 노즐부(2200) 내부의 직경을 작게 형성하여 상기 파우더(P)의 분사량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상기 파우더(P)의 분사속도를 줄일 수 있게 된다.
결과적으로 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 제어할 수 있게 됨으로써 상기 파우더 노즐부(2200)로부터 분사되는 상기 파우더(P)의 포커싱 위치를 제어하여 보다 정교하게 3차원 대상물을 제작할 수 있게 된다.
도 12를 참조하여 다른 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함되는 상기 파우더 제어부(2360)의 제6 변형예를 설명하면 다음과 같다.
도 12에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 제6 변형예의 상기 파우더 제어부(2360)가 상기 파우더 노즐부(2200)의 하부에 배치되며, 자석(2361)과 자석지지부(2362)를 포함하는 내용은 상술한 다른 실시예에 따른 제3 변형예의 파우더 제어부(2330)와 동일하다.
다만, 본 변형예에서 상기 자석(2361)은 도넛 형상으로 형성되며, 도넛 형상의 상기 자석(2361)은 상기 파우더(P)의 분사방향을 따라 제1 자석(2361a, 2361c, 2361e) 및 상기 제1 자석(2361a, 2361c, 2361e) 하부영역에 배치되는 제2 자석(2361b, 2361d, 2361f)을 포함하며, 상기 자석(2361)의 개수는 상기 파우더 노즐부의 길이 및 크기에 따라 변경될 수 있다.
상기 자석지지부(2362)는 상기 제1 자석(2361a, 2361c, 2361e) 및 상기 제2 자석(2361b, 2361d, 2361f)을 개별적으로 상하로 이동시킨다.
또한, 상기 제1 자석(2361a, 2361c, 2361e) 및 상기 제2 자석(2361b, 2361d, 2361f)의 위치와, 자력의 세기를 조절함으로써 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 조절할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제1 자석(2361a, 2361c, 2361e) 및 상기 제2 자석(2361b, 2361d, 2361f)의 자력의 세기가 일정하게 강해진 경우, 상기 파우더(P)는 상기 자석(2361)이 위치한 방향으로 이동하면서 분사되므로, 상기 파우더(P)의 분사각도를 상기 열원부(2100)의 중심부를 기준으로 하였을 때, 상기 자석(2361)의 자력의 세기가 보통 수준일 때의 분사각도(L 방향)보다 상기 자석(2361)의 자력의 세기가 강해졌을 때의 분사각도(L' 방향)가 더 작아진다.
또한, 이때 상기 제1 자석(2361a, 2361c, 2361e) 및 상기 제2 자석(2361b, 2361d, 2361f)석의 자력의 세기를 강하게 함으로써 상기 파우더(P)의 분사량을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 상기 파우더(P)의 분사속도를 빠르게 할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 상기 자석은 상술한 바와 같이, 상기 파우더 노즐부(2200) 의 하부에만 배치될 수도 있지만, 상기 파우더 노즐부(2200)의 상부 및 하부에 한 세트로 배치되어 상기 파우더(P)의 분사방향을 조절할 수도 있으며, 이 경우 상기 파우더(P)의 분사각도 조절을 더 효과적으로 수행할 수 있다.
결과적으로 상기 파우더(P)의 분사각도, 분사량 및 분사속도를 제어할 수 있게 됨으로써 상기 파우더 노즐부(2200)로부터 분사되는 상기 파우더(P)의 포커싱 위치를 제어하여 보다 정교하게 3차원 대상물을 제작할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치 및 방법은 열원부의 디포커싱으로 형성되는 용융풀의 위치와, 상기 파우더(P)가 포커싱되는 상대적인 관계에 따른 적층효율을 향상시키기 위한 것으로, 상기 파우더 제어부에 의하여 능동적으로 상기 파우더(P)의 포커싱 위치를 바꿈으로써 상기 파우더(P)의 적층 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 파우더 노즐부에 포함되는 복수개의 파우더 노즐에서 분사되는 파우더의 분사각도를 상기 파우더 제어부를 통해 독립적으로 조절함으로써 경사면 적층시 또는 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치가 로봇 등에 장착되어 헤드가 기울어져 공급되는 파우더가 중력의 영향을 받을 때 이를 보상해주어 정교한 적층을 수행할 수 있을뿐만 아니라 적층효율이 향상될 수 있도록 한다.
또한, 상기 파우더 제어부를 통해 상기 파우더가 포커싱되는 위치를 조정하여 상기 파우더의 적층량을 조절함으로써 상기 파우더가 과다하게 적층된 특정 영역에 상기 파우더의 포커싱 위치를 변경하여 상기 파우더의 분사량을 줄임으로써 적층량을 줄일 수 있게 되고, 이로 인하여 평탄면 적층면을 구현할 수도 있다.
또한, 3D 프린터가 DED 방식인 경우, 상기 파우더는 약 45마이크론에서 150 마이크론 크기 직경을 가지며 분사되고, 이때 상기 파우더를 이동시키기 위하여 일반적인 캐리어 가스를 쓰는 경우, 직경이 작은 파우더는 용융풀에 도달하지 못하고 날라가는 문제가 발생하지만, 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 포함된 상기 파우더 제어부의 자력을 이용함으로써 직경이 작은 파우더들도 자력에 의하여 날리지 않고 용융풀로 공급될 수 있어 적층효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이를 이용하여 직경이 작은 파우더를 분사하는 동시에 열원부에서 조사되는 열원의 직경을 줄임으로써 DED로 좁은 선폭을 가지는 전선 등을 제작하는 정밀한 적층을 수행할 수도 있게 된다.
다음으로, 도 13을 참조하여 본 발명은 3D 프린팅 시스템 분말제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 방법은 파우더 제어단계(S100), 파우더 분사단계(S200), 파우더 용융단계(S300) 및 파우더 적층단계(S400)를 포함한다.
상기 파우더 제어단계(S100)에서는 상술한 파우더 노즐부 내부에 위치하는 파우더를 파우더 제어부가 제어하며, 이때 상기 파우더 제어부는 자석을 포함하고, 상기 파우더 제어부는 자력을 이용하여 파우더의 분사 각도를 제어한다.
상기 파우더 분사단계(S200)에서는 상기 파우더 노즐부가 상기 파우더를 분사한다.
상기 파우더 용융단계(S300)에서는 상술한 열원부가 포커싱된 상기 파우더를 용융시키며, 상기 파우더 적층단계(S400) 용융된 상기 파우더가 적층되어 대상물을 제작한다.
이외 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 방법에 대한 구체적인 설명은 상술한 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치에 기재한 설명과 대응되므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
1100, 2100: 열원부
2200: 파우더 노즐부
1210: 제1 파우더 노즐
1220: 제2 파우더 노즐
1230: 제3 파우더 노즐
1310, 1320, 1330, 1340, 1350, 1360, 2310, 2320, 2330, 2340, 2350, 2360: 파우더 제어부
1311, 1321, 1331, 1341, 1351, 1361, 2311, 2321, 2331, 2341, 2351, 2361: 자석
1311a, 1321a, 1331a, 1341a, 1351a, 1361a, 2311a, 2321a, 2331a, 2341a, 2351a, 2361a, 1311c, 1321c, 1331c, 1341c, 1351c, 1361c, 2311c, 2321c, 2331c, 2341c, 2351c, 2361c, 1311e, 1321e, 1331e, 1341e, 1351e, 1361e, 2311e, 2321e, 2331e, 2341e, 2351e, 2361e: 제1 자석
1311b, 1321b, 1331b, 1341b, 1351b, 1361b, 2311b, 2321b, 2331b, 2341b, 2351b, 2361d, 1311d, 1321d, 1331d, 1341d, 1351d, 1361d, 2311d, 2321d, 2331d, 2341d, 2351d, 2361d, 1311f, 1321f, 1331f, 1341f, 1351f, 1361f, 2311f, 2321f, 2331f, 2341f, 2351f, 2361f: 제2 자석
1312, 1322, 1332, 1342, 1352, 1362, 2312, 2322, 2332, 2342, 2352, 2362: 자석지지부

Claims (15)

  1. 파우더를 분사하는 파우더 노즐부;
    상기 파우더를 용융시키는 열원부; 및
    상기 파우더를 제어하는 파우더 제어부를 포함하되,
    상기 파우더 제어부는 자력을 이용하여 파우더의 분사 각도를 제어하며,
    상기 파우더 노즐부는 상기 열원부를 중심점으로 하는 가상의 원에 배치되고,
    상기 파우더 제어부는 상기 파우더 노즐부 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파우더 노즐부는 복수개의 파우더 노즐을 포함하며,
    상기 파우더 제어부는 복수개로 구성되되, 상기 복수개의 파우더 노즐과 상기 열원부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파우더 노즐부는 복수개의 파우더 노즐을 포함하며,
    상기 파우더 제어부는 복수개로 구성되되, 상기 복수개의 파우더 노즐이 배치되는 가상의 원의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파우더 노즐부는 복수개의 파우더 노즐을 포함하며,
    상기 파우더 제어부는 복수개로 구성되되, 상기 복수개의 파우더 노즐의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 파우더 제어부는 자석 및 자석 지지부를 포함하되,
    상기 자석 지지부는 상하좌우로 이동가능한 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 자석은 영구자석, 전자석 또는 자성을 가진 물체 중 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 자석은 상기 파우더의 분사 방향을 따라 적어도 2개 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치.
  8. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파우더 제어부는 자석 및 자석 지지부를 포함하되,
    상기 자석은 상기 복수개의 파우더 노즐에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치.
  9. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파우더 제어부는 자석 및 자석 지지부를 포함하되,
    상기 자석은 도넛 형상인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 파우더 노즐부는 콘 형상이며,
    상기 파우더 제어부는 상기 노즐부와 상기 열원부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 파우더 노즐부는 콘 형상이며,
    상기 파우더 제어부는 상기 파우더 노즐부의 외측부를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 파우더 노즐부는 콘 형상이며,
    상기 파우더 제어부는 상기 파우더 노즐부의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파우더 제어부는 자석 및 자석 지지부를 포함하되,
    상기 자석은 복수개로 구성되되, 상기 파우더 노즐부를 중심으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파우더 제어부는 자석 및 자석 지지부를 포함하되,
    상기 자석은 도넛 형상인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 장치.
  15. 파우더 노즐부 내부에 위치하는 파우더를 파우더 제어부가 제어하는 파우더 제어단계;
    상기 파우더 노즐부가 상기 파우더를 분사하는 파우더 분사단계;
    분사된 상기 파우더를 용융시키는 파우더 용융단계; 및
    용융된 상기 파우더가 적층되는 파우더 적층단계;를 포함하되,
    상기 파우더 제어단계에서 상기 파우더 제어부는 자력을 이용하여 파우더의 분사 각도를 제어하며,
    상기 파우더 제어단계에서 상기 파우더 노즐부는 상기 열원부를 중심점으로 하는 가상의 원에 배치되고,
    상기 파우더 제어단계에서 상기 파우더 제어부는 상기 파우더 노즐부 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템 분말제어 방법.
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