KR102204574B1 - 3d프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치 - Google Patents

3d프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치 Download PDF

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KR102204574B1
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이길중
김우종
신기수
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Abstract

본 발명은 3D프린터의 성형공간에 분말층을 왕복 적층하는 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치에 있어서, 일정 위치에서 분말을 저장하는 단일의 호퍼와, 상기 호퍼로부터 분말을 제공받아 보관하고 필요시 일정량 하측 방향으로 공급하는 단일의 분말공급부와, 상기 분말공급부에서 하측 방향으로 이송한 분말을 성형공간 내부로 안내하는 단일의 분말이송통로와, 상기 분말이송통로를 경유한 분말을 저장하고, 다수의 분말토출구를 슬라이딩방식으로 개방하여 성형공간 바닥면으로 안내하며, 성형공간을 직선 왕복운동하면서 일정 높이로 적층하는 적층유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치{Sliding type powder layer forming apparatus for 3D printerPowder supply system }
본 발명은 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일의 호퍼를 구비하고, 호퍼 내부에 저장된 분말을 일정량만큼 공급하는 분말공급부와, 분말공급부로부터 낙하하는 분말을 성형공간 내부에서 안내하는 분말이송통로가 일직선상에 배치되어 성형공간 내부의 여유 공간을 증가시킴으로써 성형공간의 크기를 증가시킬 필요 없이 대형 성형품의 성형이 가능하도록 한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치에 관한 것이다.
본 발명은 분말이송통로를 따라 이동한 분말을 내부로 수용한 후 직선 왕복운동하면서 2회에 나누어 분말을 적층하는 적층유닛을 구비함으로써 생산성이 향상될 수 있도록 한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치에 관한 것이다.
본 발명은 적층유닛 하측에 한 쌍의 분말토출구를 구비하되 슬라이딩방식으로 동작하는 슬라이더에 의해 한 쌍의 분말토출구가 선택적으로 개구되게 함으로써 간소한 구조로 분말의 공급 및 보관이 가능하도록 한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치에 관한 것이다.
본 발명은 성형공간 내부에 적층유닛과 접촉시 슬라이더를 강제 슬라이딩시키는 슬라이딩강제부를 구비하여 한 쌍의 분말토출구가 모두 개방되는 것을 방지하고, 전자식 제어장치를 사용하지 않고 분말토출구의 개폐가 정밀하게 제어될 수 있도록 한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치에 관한 것이다.
종래에는 3차원 성형품을 제조하기 위해 주조나 단조 등의 전통적인 가공방법을 사용해왔다. 또한 이와 같은 제조방법을 이용할 때 제품의 품질을 유지하기 위해서는 전문적인 지식을 가진 작업자가 수행해야 했다.
최근에는 3차원 성형품을 가공하기 위한 장치로 3D 프린터가 사용되고 있으며, 비전문가도 손쉽게 3차원의 성형품을 제작할 수 있다는 이점 때문에 점차 전통적인 가공방법을 대체하고 있다.
즉, 3D 프린터는 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력된 2차원 도면을 바탕으로 실제 입체 모양을 그대로 제작하는 장비이며, 3D 프린팅 기술은 자동차, 의료, 예술, 교육분야로 확대되고 있고, 다양한 모형을 만들기 위한 용도로 광범위하게 사용하고 있다.
3D 프린터의 원리는 절삭형과 적층형으로 나눌 수 있으며, 실제 적용되고 있는 3D 프린터의 대부분은 재료 손실이 없는 적층형에 해당된다.
적층형 3D 프린터는 레이저를 투사하여 경화시키는 방법을 통해 적층해 가는 방식으로 인쇄물이 완성되도록 한 것으로, 예컨대 대한민국 공개특허 제10-2012-0128171호에는 도 1과 같이 금속 분말을 적층레이저 용접 방식의 3차원 인쇄를 위한 장치 구조가 개시되어 있다.
그러나 상기 기술은 진공챔버 내에 작업테이블(37)이 고정된 상태로, 분말소재인쇄관(54)이 Y축, Z축으로 이송하면서 분말소재를 흩뿌려주고, 분말소재높이조절판(56)은 Y축, Z축으로 움직이며 분말 소재의 평탄화 작업을 수행하도록 구성된다.
따라서 넓은 횡단면을 가지는 대상물을 3차원으로 형성하기 위해서는 분말소재인쇄관(54)과 분말소재높이조절판(56)의 동작 시간이 길어지게 되어 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
이에 따라 대한민국 등록특허 제10-1801026호에는 도 2와 같이 SLS 3D프린터용 분말층 형성 장치의 구조를 보인 단면도가 개시되어 있다.
상기 등록특허는 Y축 방향으로 길게 형성되고, 분말피더기로부터 분말을 제공받아 직선 운동하면서 소재 분말을얇게 펼쳐 배열하는 슬라이더(100)가 개시되어 있다.
그러나 상기 등록특허는 외벽(110)의 내부 공간을 구획하는 분리부(130)에 관통공(131)을 형성하여 소재 분말이 아래쪽으로 내려올 수 있도록 하고, 소재 분말의 무게 대부분은 분리부(130)가 지탱하도록 구성된 것으로, 소재 분말의 정밀한 공급량 제어가 불가능한 문제점이 있다.
이에 따라 대한민국 등록특허 제10-2032978호에는 도 3과 같이 3차원 프린터용 분말층 형성장치의 구조가 개시되어 있다.
그러나 도 3의 등록특허는 한 쌍의 리코더부(100,200)를 구비하여, 분말공급부(11)와 적층조형부(12) 사이를 리코더부(100,200)가 한 번씩 교번하여 스윕핑 동작 후 원위치로 복귀하도록 함으로써 생산성을 향상시키고자 하였으나, 하측에서 상측으로 분말을 공급하는 분말공급부(11)를 더 구비함에 따라 적층조형부(12)가 협소해지게 되고, 한 쌍의 리코더부(100,200)를 구비함에 따라 제조 원가 및 고장 발생률을 높이게 되어 바람직하지 못하다.
한편, 대한민국 등록특허 제10-2160683호에는 도 4와 같이 성형공간(110) 내부에 하나의 분말공급기(120)를 구비하되 양측 상부에 분말낙하기(150) 및 챔버(130)를 각각 구비하여 분말공급기(120)가 직선 운동시 한 쌍의 분말낙하기(150)로부터 선택적으로 분말을 공급받아 전개할 수 있도록 한 3D프린터용 분말 공급시스템이 개시되어 있다.
그러나 도 4의 등록특허는 케이스(102) 내부에 다수의 챔버(130) 및 분말낙하기(150)를 구비함에 따라 분위기조성유닛(170)을 각각 구비해야만 하므로 구조가 복잡하고 케이스(102) 내부 공간이 협소해져 생산성이 저하되는 공간 효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한 고장 발생시 유지 및 보수가 불편한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단일의 호퍼를 구비하고, 호퍼 내부에 저장된 분말을 일정량만큼 공급하는 분말공급부와, 분말공급부로부터 낙하하는 분말을 성형공간 내부에서 안내하는 분말이송통로가 일직선상에 배치되어 성형공간 내부의 여유 공간을 증가시킴으로써 성형공간의 크기를 증가시킬 필요 없이 대형 성형품의 성형이 가능하도록 한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 분말이송통로를 따라 이동한 분말을 내부로 수용한 후 직선 왕복운동하면서 2회에 나누어 분말을 적층하는 적층유닛을 구비함으로써 생산성이 향상될 수 있도록 한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 적층유닛 하측에 한 쌍의 분말토출구를 구비하되 슬라이딩방식으로 동작하는 슬라이더에 의해 한 쌍의 분말토출구가 선택적으로 개구되게 함으로써 간소한 구조로 분말의 공급 및 보관이 가능하도록 한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 성형공간 내부에 적층유닛과 접촉시 슬라이더를 강제 슬라이딩시키는 슬라이딩강제부를 구비하여 한 쌍의 분말토출구가 모두 개방되는 것을 방지하고, 전자식 제어장치를 사용하지 않고 분말토출구의 개폐가 정밀하게 제어될 수 있도록 한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치를 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 3D프린터의 성형공간에 분말층을 왕복 적층하는 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치에 있어서, 일정 위치에서 분말을 저장하는 단일의 호퍼와, 상기 호퍼로부터 분말을 제공받아 보관하고 필요시 일정량 하측 방향으로 공급하는 단일의 분말공급부와, 상기 분말공급부에서 하측 방향으로 이송한 분말을 성형공간 내부로 안내하는 단일의 분말이송통로와, 상기 분말이송통로를 경유한 분말을 저장하고, 다수의 분말토출구를 슬라이딩방식으로 개방하여 성형공간 바닥면으로 안내하며, 성형공간을 직선 왕복운동하면서 일정 높이로 적층하는 적층유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 적층유닛은, 상부가 개구되고, 하부에 한 쌍의 분말토출구가 형성되어 상기 분말이송통로로 낙하하는 분말을 분말토출구를 통해 외부로 안내하는 카트리지와, 상기 카트리지 일측에서 슬라이딩하며, 상기 분말토출구와 선택적으로 연통하는 토출안내홀을 구비하여 외부로 분말이 토출되게 하는 슬라이더와, 상기 카트리지 내부 공간을 구획하여 분말을 분할하는 분할판과, 상기 적층유닛 이동시 분말토출구로 토출된 분말을 일정 높이로 적층하는 블레이드를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 성형공간 일측에는, 상기 카트리지 이동시에 슬라이더의 단부와 접촉하여 분말토출구의 위치를 가변하는 슬라이딩강제부가 구비됨을 특징으로 한다.
상기 적층유닛은 성형공간 내부에서 왕복 이동시 상기 카트리지 내부의 분말을 분할하여 토출하는 것을 특징으로 한다.
상기 슬라이딩강제부는, 상기 적층유닛의 직선운동 범위 가장자리에 위치하며, 슬라이더와 접촉시 분할판을 기준으로 반대쪽 분말토출구를 개방하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 단일의 호퍼를 구비하고, 호퍼 내부에 저장된 분말을 일정량만큼 공급하는 분말공급부와, 분말공급부로부터 낙하하는 분말을 성형공간 내부에서 안내하는 분말이송통로가 일직선상에 배치되어 성형공간 내부의 여유 공간을 증가시킴으로써 성형공간의 크기를 증가시킬 필요 없이 대형 성형품의 성형이 가능하다.
그리고, 분말이송통로를 따라 이동한 분말을 내부로 수용한 후 직선 왕복운동하면서 2회에 나누어 분말을 적층하는 적층유닛을 구비함으로써 생산성이 향상될 수 있다.
또한 적층유닛 하측에 한 쌍의 분말토출구를 구비하되 슬라이딩방식으로 동작하는 슬라이더에 의해 한 쌍의 분말토출구가 선택적으로 개구되게 함으로써 간소한 구조로 분말의 공급 및 보관이 가능하다.
뿐만 아니라, 성형공간 내부에 적층유닛과 접촉시 슬라이더를 강제 슬라이딩시키는 슬라이딩강제부를 구비하여 한 쌍의 분말토출구가 모두 개방되는 것을 방지하고, 전자식 제어장치를 사용하지 않고 분말토출구의 개폐가 정밀하게 제어될 수 있다.
도 1 은 대한민국 공개특허 제10-2012-0128171호에 개시된 금속 분말을 적층레이저 용접 방식의 3차원 인쇄를 위한 장치 구조를 나타낸 개요도.
도 2 는 대한민국 등록특허 제10-1801026호에 개시된 SLS 3D프린터용 분말층 형성 장치의 구조를 보인 단면도.
도 3 은 대한민국 등록특허 제10-2032978호에 개시된 3차원 프린터용 분말층 형성장치의 구조를 보인 사시도.
도 4 는 대한민국 등록특허 제10-2160683호에 개시된 3D프린터용 분말 공급시스템의 구조를 보인 사시도.
도 5 는 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치의 바람직한 실시예가 채택된 3D프린터의 외관을 보인 정면도.
도 6 은 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치의 내부 구조를 보인 도 5의 A-A부 종단면도.
도 7 은 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치의 구조를 보인 정면사시도.
도 8 은 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치의 구조를 보인 측면 사시도.
도 9 는 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치에서 분말의 유동 과정을 보인 종단면도.
도 10 은 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치에서 호퍼에서 분말이송통로로 분말이 이송되는 과정을 보인 도 9의 "B"부 확대도.
도 11 은 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치에서 분말이송통로에서 적층유닛으로 분말이 공급되는 과정을 보인 도 9의 "C"부 확대도.
도 12 는 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치에서 적층유닛이 좌측 방향으로 이동하기 직전 상태를 보인 종단면도.
도 13 은 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치에서 적층유닛이 우측 방향으로 이동하기 직전 상태를 보인 종단면도.
이하 첨부된 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치(이하 '분말층 형성장치(100)'라 칭함)의 구성을 설명한다.
도 5에는 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치(100)의 바람직한 실시예가 채택된 3D프린터(10)의 외관을 보인 정면도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치(100)의 내부 구조를 보인 도 5의 A-A부 종단면도가 도시되어 있다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면과 같이 본 발명에 의한 분말층 형성장치(100)는 성형공간(11) 내부 바닥면에 일정 두께로 전개되는 금속의 분말(P)에 레이저를 조사하여 용융시킴으로써 3차원 성형품을 성형할 수 있도록 3D프린터(10)에 설치되는 것으로, 외부에서 공급받은 분말(P)을 성형공간(11) 바닥면에 고르게 전개하기 위한 장치이다.
따라서 상기 3D프린터(10)는 다수 부품이 내장되고 필요시 내부가 불활성분위기로 조성될 수 있도록 구성되는 케이스(13)에 의해 외관이 형성되며, 상기 케이스(13)의 외부와 내부를 연통하여 분말층 형성장치(100)가 설치된다.
그리고 상기 성형공간(11)의 바닥면에는 3차원 성형품이 상측 방향으로 성장하면서 적층형성될 수 있도록 출력판(14)이 구비되며, 상기 출력판(14)은 상/하 방향으로 승강하도록 구성된다.
따라서, 상기 분말층 형성장치(100)는 성형공간(11)의 바닥면에 주기적으로 일정 높이만큼 분말층을 형성하고, 레이저조사기(12)가 분말층을 용융시킬 때마다 출력판(14)은 하측 방향으로 점차 하강함으로써 3차원 성형품의 성형이 가능하게 한다.
상기 성형공간(11)은 외부와 단절 가능하게 구성된 챔버(15)에 의해 형성된 공간으로서, 상기 분말층 형성장치(100)는 챔버(15)의 상측에서 하측 방향으로 관통하여 분말(P)을 공급하도록 구성된다.
그리고 상기 분말층 형성장치(100)는 챔버(15)의 일측으로 치우쳐 배치되고, 다수개가 아닌 단일로 구성되어 성형공간(11)의 공간 활용률을 높일 수 있도록 구성되며, 아래에서 설명하게 될 적층유닛(도 7의 도면부호 140)이 좌/우 방향으로 직선 왕복운동시 적층유닛(140)의 일측이 슬라이딩방식으로 개구되어 분말(P)이 하측 방향으로 토출될 수 있도록 작용하게 된다.
즉 상기 분말층 형성장치(100)는, 일정 위치에서 분말(P)을 저장하는 단일의 호퍼(110)와, 상기 호퍼(110)로부터 분말(P)을 제공받아 보관하고 필요시 일정량 하측 방향으로 공급하는 단일의 분말공급부(120)와, 상기 분말공급부(120)에서 하측 방향으로 이송한 분말(P)을 성형공간(11) 내부로 안내하는 단일의 분말이송통로(130)와, 상기 분말이송통로(130)를 경유한 분말(P)을 저장하고, 다수의 분말토출구(도 11의 도면부호 142 참조)를 슬라이딩방식으로 개방하여 성형공간(11) 바닥면으로 안내하며, 성형공간(11)을 직선 왕복운동하면서 일정 높이로 적층하는 적층유닛(140)을 포함하여 구성된다.
이하 첨부된 도 7을 참조하여 상기 분말층 형성장치(100)를 설명한다.
도 7은 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치(100)의 구조를 보인 정면사시도로서, 챔버(15)를 제외한 나머지 구성은 설명의 편의를 위해 생략하여 도시하였다.
도면과 같이 상기 분말층 형성장치(100)는 호퍼(110)와 분말공급부(120)가 챔버(15) 상측에 위치하고, 상기 분말공급부(120)의 하부와 맞닿은 챔버(15) 상면부는 천공되어 있으며, 천공된 하측에는 상기 분말이송통로(130)가 배치되어 있다.
그리고 상기 호퍼(110)와 분말공급부(120) 및 분말이송통로(130)는 모두 단일로 구성되어 있으며, 이동하지 않고 일정 위치를 유지하며 일직선상에 배치되어 있다.
또한 상기 분말이송통로(130)는 얇은 사각관 형태로 이루어져 성형공간(11)에서 차지하는 부피가 최소화되도록 설계되었으며, 도 7에서 볼 때 상기 적층유닛(140)은 전/후 방향으로 직선 왕복 운동하고, 후방에서 분말이송통로(130)로부터 분말(P)을 1회 공급받게 되면, 전방 및 후방으로 직선 이동시 각각 분말(P)을 토출하도록 작용하게 된다.
즉 상기 적층유닛(140)은 분말(P)을 1회 공급받아 성형공간(11)의 바닥면에 이회에 걸쳐 토출하여 분말층을 형성하게 된다.
따라서 상기 적층유닛(140)은 일회 직진 이동때마다 분말(P)을 공급받지 않아도 되므로 분말이송통로(130) 및 분말공급부(120)는 다수로 구성할 필요가 없게 된다.
상기 적층유닛(140)의 전/후에는 슬라이딩강제부(150)가 고정 설치된다. 상기 슬라이딩강제부(150)는 전/후 방향으로 직선 운동하는 적층유닛(140)의 일측과 접촉하여 다수의 분말토출구(142) 중에서 어느 하나가 개방되도록 강제하는 구성이다.
즉 상기 슬라이딩강제부(150)는 적층유닛(140)이 직선운동시에 적층유닛(140)의 일 구성인 슬라이더(143)와 접촉하여 움직임을 제한하되, 나머지 구성은 일정 거리만큼 움직일 수 있도록 허용함으로써 슬라이더(143)가 적층유닛(140) 내부에서 상대적으로 슬라이딩하도록 하여 다수 분말토출구(142) 중 어느 하나만 개방되게 하거나, 모두 차폐되도록 작용하게 된다.
이를 위해 상기 슬라이딩강제부(150)는 적층유닛(140)을 기준으로 양측에 배치되고, 상기 슬라이더(143)와 접촉하는 접촉돌기(도 8의 도면부호 154 참조)를 구비하되, 상기 접촉돌기(154)는 슬라이더(143)와 접촉시 충격을 흡수한 상태로 멈출 수 있도록 탄성부재(152)를 포함하여 구성됨이 바람직하다.
이하 첨부된 도 8 내지 도 10을 참조하여 상기 적층유닛(140)의 세부 구성을 설명한다.
도 8에는 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치(100)의 구조를 보인 측면 사시도가 도시되어 있고, 도 9에는 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치(100)에서 분말(P)의 유동 과정을 보인 종단면도가 도시되어 있으며, 도 10에는 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치(100)에서 호퍼(110)에서 분말이송통로(130)로 분말(P)이 이송되는 과정을 보인 도 9의 "B"부 확대도가 도시되어 있다.
도면과 같이 상기 호퍼(110)는 맨 상측에 위치하여 내부에 분말(P)을 보관하고 있으며, 하측에는 분말공급부(120)가 연통되게 결합되어 있다.
그리고 상기 분말공급부(120) 내부 중앙에는 공급롤러(122)가 회전 가능하게 수용되어 있다.
상기 공급롤러(122)는 중앙을 기준으로 방사상에 수용홈(124)이 함몰되어 있어, 상기 호퍼(110) 하측에 수용홈(124)이 위치할 때 수용홈(124)의 내부 체적과 대응하도록 분말(P)을 공급받을 수 있고, 상기 공급롤러(122)가 회전시 내부에 수용된 분말(P)을 하측 방향으로 이동시킬 수 있도록 구성된다.
이를 위해 상기 공급롤러(122)의 하측은 분말이송통로(130) 내부와 연통하도록 천공되어 있다.
그리고 상기 공급롤러(122)의 외면 즉, 상기 수용홈(124) 사이에는 공급롤러(122)가 회전할 때 분말(P)의 누출을 방지할 수 있도록 씰러(126)가 구비된다.
이하 첨부된 도 11을 참조하여 상기 적층유닛(140)과 슬라이딩강제부(150)의 세부 구성을 설명한다.
도 11에는 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치(100)에서 분말이송통로(130)에서 적층유닛(140)으로 분말(P)이 공급되는 과정을 보인 도 9의 "C"부 확대도가 도시되어 있다.
도면과 같이 상기 적층유닛(140)은 상부가 개구되고, 하부에 한 쌍의 분말토출구(142)가 형성되어 상기 분말이송통로(130)로 낙하하는 분말(P)을 분말토출구(142)를 통해 외부로 안내하는 카트리지(141)와, 상기 카트리지(141) 일측에서 슬라이딩하며, 상기 분말토출구(142)와 선택적으로 연통하는 토출안내홀(144)을 구비하여 외부로 분말(P)이 토출되게 하는 슬라이더(143)와, 상기 카트리지(141) 내부 공간을 구획하여 분말(P)을 분할하는 분할판(146)과, 상기 적층유닛(140) 이동시 분말토출구(142)로 토출된 분말(P)을 일정 높이로 적층하는 블레이드(148)를 포함하여 구성된다.
상기 카트리지(141)는 상/하부가 개구되어 분말(P)이 수용될 수 있으며, 중앙부에는 분할판(146)이 배치되어 상측에서 낙하하는 분말(P)을 좌/우로 분할할 수 있도록 구성된다.
그리고 상기 분할판(146) 하측 좌/우에는 분말토출구(142)가 동일한 크기로 천공 형성되어 있으며, 상기 분할판(146)의 하측에는 좌/우로 슬라이딩하는 슬라이더(143)가 카트리지(141)를 관통하여 배치되어 있다.
또한 상기 슬라이더(143)의 중앙에는 토출안내홀(144)이 천공되어 있으며, 상기 토출안내홀(144)은 분말토출구(142)보다 큰 사이즈로 천공되어 상기 토출안내홀(144)과 분말토출구(142)가 동일 직선상에 놓였을 때 분할판(146) 좌/우측에 저장되어 있던 분말(P)이 하측 방향으로 낙하할 수 있게 된다.
상기 슬라이더(143)는 양측하부가 단차지게 형성되어 있어 좌/우 방향으로 일정 길이 범위 내에서만 슬라이딩되며, 외부로 이탈이 제한된다.
그리고 상기 분말토출구(142) 인근에는 탄성복원력을 갖는 소재로 만들어진 누설방지부재가 섭입되어 상기 슬라이더(143)의 상/하면과 접촉하고 있다.
따라서 상기 슬라이더(143)의 상면을 통해 분말(P)이 외부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 슬라이더(143)의 우측단과 좌측단은 전술한 접촉돌기(154)와 동일한 높이에 위치하여 적층유닛(140)의 좌/우 방향으로 이동시 서로 접촉할 수 있게 되며, 도 11과 같이 상기 적층유닛(140)의 우측 방향 이동 거리에 따라 상기 토출안내홀(144)은 분할판(146) 하측에 위치하여 한 쌍의 분말토출구(142)를 모두 차폐한 상태로 유지할 수 있다.
이것은 상기 카트리지(141) 내부에 2회분의 분말(P) 토출량을 동시에 수용하기 위함이다.
이하 첨부된 도 12 및 도 13을 참조하여 상기 적층유닛(140)과 슬라이딩강제부(150)의 작용을 설명한다.
도 12에는 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치(100)에서 적층유닛(140)이 좌측 방향으로 이동하기 직전 상태를 보인 종단면도가 도시되어 있고, 도 13에는 본 발명에 의한 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치(100)에서 적층유닛(140)이 우측 방향으로 이동하기 직전 상태를 보인 종단면도가 도시되어 있다.
우선 도 11과 같이 상기 분할판(146)이 분말이송통로(130)의 중앙 하부에 위치한 상태에서 분말이송통로(130)를 통해 분말(P)이 낙하하게 되면, 상기 분할판(146)에 의해 분할되어 카트리지(141) 내부에 보관된다.
이때 상기 슬라이더(143)는 토출안내홀(144)이 분할판(146) 하측에 위치하도록 배치되어 한 쌍의 분말토출구(142)는 막힌 상태이다. 이런 상태에서 상기 적층유닛(140)이 더 우측으로 이동하게 되면, 상기 슬라이더(143)는 접촉돌기(154)에 의해 우측 방향 이동이 제한되며, 나머지 구성인 카트리지(141), 분할판(146) 및 블레이드(148)는 도 12와 같이 우측으로 이동하게 된다.
이런 동작으로 인해 한 쌍의 분말토출구(142) 중 좌측에 위치한 분말토출구(142) 하측에는 토출안내홀(144)이 위치하게 되어 분할판(146) 좌측에 모여있던 분말(P)은 하측 방향으로 토출된다. 이때 분할판(146) 우측에 저장되어 있는 분말(P)은 낙하하지 않고 보관된 상태이다.
토출된 분말(P)은 적층유닛(140)이 좌측 방향으로 이동하여 블레이드(148)로 일정 높이를 가지는 분말층이 형성될 수 있다.
도 12와 같은 상태에서 상기 적층유닛(140)이 좌측에 위치한 접촉돌기(154)와 접촉하게 되면, 상기 슬라이더(143)는 탄성부재(152)에 의해 충격이 완화된 상태로 제자리에 멈추게 되고, 상기 적층유닛(140)은 조금 더 좌측으로 이동하게 되면, 상기 분말토출구(142)는 토출안내홀(144)과 연통하게 되어 분할판(146) 우측에 저장되어 있던 분말(P)은 하측 방향으로 토출된다.
이와 같이 상기 적층유닛(140)은 분말이송통로(130)를 통해 공급받은 분말(P)을 내부에서 분할하여 보관하고 있다가 2회에 나누어 토출할 수 있도록 구성된다.
도 12 및 도 13의 도면부호 19는 분말층을 형성하고 남은 분말(P)을 낙하하여 회수하기 위한 분말회수홀이다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
10. 3D프린터 11. 성형공간
12. 레이저조사기 13. 케이스
14. 출력판 15. 챔버
19. 분말회수홀 100. 분말층 형성장치
110. 호퍼 120. 분말공급부
122. 공급롤러 124. 수용홈
126. 씰러 130. 분말이송통로
140. 적층유닛 141. 카트리지
142. 분말토출구 143. 슬라이더
144. 토출안내홀 146. 분할판
148. 블레이드 150. 슬라이딩강제부
152. 탄성부재 154. 접촉돌기
P . 분말

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 3D프린터의 성형공간에 분말층을 왕복 적층하는 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치에 있어서,
    일정 위치에서 분말을 저장하는 단일의 호퍼와, 상기 호퍼로부터 분말을 제공받아 보관하고 일정량 하측 방향으로 공급하는 단일의 분말공급부와, 상기 분말공급부에서 하측 방향으로 이송한 분말을 성형공간 내부로 안내하는 단일의 분말이송통로와, 상기 분말이송통로를 경유한 분말을 저장하고, 다수의 분말토출구를 슬라이딩방식으로 개방하여 성형공간 바닥면으로 안내하며, 성형공간을 직선 왕복운동하면서 일정 높이로 적층하는 적층유닛을 포함하여 구성되며,
    상기 적층유닛은,
    상부가 개구되고, 하부에 한 쌍의 분말토출구가 형성되어 상기 분말이송통로로 낙하하는 분말을 분말토출구를 통해 외부로 안내하는 카트리지와,
    상기 카트리지 일측에서 슬라이딩하며, 상기 분말토출구와 선택적으로 연통하는 토출안내홀을 구비하여 외부로 분말이 토출되게 하는 슬라이더와,
    상기 카트리지 내부 공간을 구획하여 분말을 분할하는 분할판과,
    상기 적층유닛 이동시 분말토출구로 토출된 분말을 일정 높이로 적층하는 블레이드를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 성형공간 일측에는,
    상기 카트리지 이동시에 슬라이더의 단부와 접촉하여 분말토출구의 위치를 가변하는 슬라이딩강제부가 구비됨을 특징으로 하는 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 적층유닛은 성형공간 내부에서 왕복 이동시 상기 카트리지 내부의 분말을 분할하여 토출하는 것을 특징으로 하는 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 슬라이딩강제부는, 상기 적층유닛의 직선운동 범위 가장자리에 위치하며, 슬라이더와 접촉시 분할판을 기준으로 반대쪽 분말토출구를 개방하는 것을 특징으로 하는 3D프린터용 슬라이딩방식 분말층 형성장치.
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