KR102238348B1 - 3d프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분말 적층형 3D프린터의 성형공간에 적층 후 남은 잉여분말을 재생하여 재공급하는 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에 있어서, 잉여분말을 잉여분말저장호퍼로 안내하는 잉여분말저장단계와, 상기 잉여분말저장호퍼의 잉여분말을 잉여분말이송가스로 이송하여 제1사이클론호퍼에서 분리하는 잉여분말분리단계와, 상기 제1사이클론호퍼에서 분리된 잉여분말에서 흄가스와 이물을 필터링하여 재생분말로 재생하는 잉여분말재생단계와, 상기 재생분말을 재생분말저장호퍼에 저장하는 재생분말저장단계와, 상기 재생분말저장호퍼의 재생분말을 재생분말이송가스로 이송하여 3D프린터의 메인호퍼와 연결된 제2사이클론호퍼에서 분리하는 재생분말재공급단계를 순차적으로 실시하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에 관한 것으로, 적층형 3D프린터에서 분말층을 형성하고 남은 잉여분말을 재사용할 수 있도록 한 D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에 관한 것이다.
본 발명은 잉여분말에 포함된 흄덩어리와 이물을 제거하여 재생분말로 만드는 초음파시빙기를 구비하여 재공급되는 분말의 품질을 높일 수 있도록 한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에 관한 것이다.
본 발명은 잉여분말을 이송하는 잉여분말이송가스와 재생분말을 이송하는 재생분말이송가스의 순환을 강제하는 펌프를 각각 구비하여 독립적인 순환경로를 갖도록 함으로써 이물의 유입을 근본적으로 차단할 수 있도록 한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에 관한 것이다.
본 발명은 잉여분말을 필터링하여 재생된 재생분말을 3D프린터에 직접 공급함으로써 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에 관한 것이다.
본 발명은 잉여분말순환펌프와 재생분말순환펌프 선단에 필터조립체를 구비하여 이물 유입을 차단할 수 있도록 한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에 관한 것이다.
본 발명은 재생분말저장호퍼 일측에 재생분말의 보관량을 감지하기 위한 센서와, 재생분말의 응집을 방지하기 위한 진동발생기를 구비하여 사용편의성이 향상될 수 있도록 한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에 관한 것이다.
본 발명은 필터조립체의 입/출부에 압력감지센서를 구비하여 필터링 전/후의 압력을 비교함으로써 필터링 성능을 실시간으로 확인할 수 있도록 한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에 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, 대한민국 공개특허 제10-2017-0014618호에는 도 1과 같이 레이저에 의해 파우더가 조형물로 소결되는 빌드챔버(1)의 아래쪽에 잔여 파우더가 퇴적되는 수거챔버(10)와, 빌드챔버(1)에서 소결된 조형물과 잔여 파우더를 플랫폼(5)과 함께 수거챔버(10)로 이동시키는 승강기구(20), 수거챔버(10)의 파우더가 이송되어 포집되는 포집실(30), 및 수거챔버(10) 내의 파우더를 포집실(30)로 이송시키는 수거 블레이드(40)를 포함하여 구성되는 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치가 개시되어 있다.
그리고 대한민국 공개특허 제10-2017-0014323호에는 도 2와 같이 흡입챔버(10) 내부에서 조형물(W)에 묻은 파우더(P)를 탈거시키는 블로잉기구와, 흡입챔버(10) 내부의 파우더(P)를 흡입하여 포집하는 흡입기구를 포함하여 구성되어 조형물(W) 주위의 잔여 파우더를 용이하고 신속하게 분리 제거할 수 있도록 한 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치가 개시되어 있다.
그리고 대한민국 공개특허 제10-2017-0014323호에는 도 3과 같이 흡입챔버(10) 내부에서 조형물(W)에 묻은 파우더(P)를 탈거시키는 블로잉기구와, 흡입챔버(10) 내부의 파우더(P)를 흡입하여 포집하는 흡입기구를 포함하여 구성되어 조형물(W) 주위의 잔여 파우더를 용이하고 신속하게 분리 제거할 수 있도록 한 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치가 개시되어 있다.
그리고 대한민국 등록특허 제10-2090674호에는 도 4와 같이 챔버(130) 내부에서 비산된 금속분말을 불활성가스와 함께 외부로 배출하며, 필터조립체(230)를 경유시켜 금속분말을 필터링하여 챔버(130) 내부의 잔여 금속분말을 제거하는 잔여분말제거장치(200)를 구비한 3D프린터가 개시되어 있다.
그러나 상기 종래 기술은 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 도 1 내지 도 4는 챔버 내부에 잔존하는 분말을 제거하기 위한 기술로서, 레이저에 조사되지 못하고 남은 잔여 분말 일부를 수거할 수 있도록 구성된다.
그러나 일정 높이의 분말층을 형성하고 남은 잉여분말은 별도의 공간에 저장된 상태를 유지하도록 구성된다.
구체적으로, 도 1의 수거챔버(10)와, 도 3의 봄베(270)는 챔버 내부에 남아있는 분말을 수거하기 위한 구성이며, 도 2의 흡입덕트(41), 도 4의 분말회수통(150)은 일정 높이의 분말층을 형성하고 남은 분말이 블레이드 등의 구성에 의해 밀려 낙하하여 저장되는 공간이다.
따라서 챔버 내부에 잉여 분말이 보관되는 경우 레이저 조사시에 발생하는 퓸(fume)가스에 의해 오염될 수 있으며, 성형 과정 중에 발생하는 알갱이나 덩어리와 같은 불순물이 유입되므로 재사용이 불가한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적층형 3D프린터에서 분말층을 형성하고 남은 잉여분말을 재사용할 수 있도록 한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 잉여분말에 포함된 흄덩어리와 이물을 제거하여 재생분말로 만드는 초음파시빙기를 구비하여 재공급되는 분말의 품질을 높일 수 있도록 한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 잉여분말을 이송하는 잉여분말이송가스와 재생분말을 이송하는 재생분말이송가스의 순환을 강제하는 펌프를 각각 구비하여 독립적인 순환경로를 갖도록 함으로써 이물의 유입을 근본적으로 차단할 수 있도록 한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 잉여분말을 필터링하여 재생된 재생분말을 3D프린터에 직접 공급함으로써 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 잉여분말순환펌프와 재생분말순환펌프 선단에 필터조립체를 구비하여 이물 유입을 차단할 수 있도록 한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 재생분말저장호퍼 일측에 재생분말의 보관량을 감지하기 위한 센서와, 재생분말의 응집을 방지하기 위한 진동발생기를 구비하여 사용편의성이 향상될 수 있도록 한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 필터조립체의 입/출부에 압력감지센서를 구비하여 필터링 전/후의 압력을 비교함으로써 필터링 성능을 실시간으로 확인할 수 있도록 한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법을 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 분말 적층형 3D프린터의 성형공간에 적층 후 남은 잉여분말을 재생하여 재공급하는 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에 있어서, 잉여분말을 잉여분말저장호퍼로 안내하는 잉여분말저장단계와, 상기 잉여분말저장호퍼의 잉여분말을 잉여분말이송가스로 이송하여 제1사이클론호퍼에서 분리하는 잉여분말분리단계와, 상기 제1사이클론호퍼에서 분리된 잉여분말에서 흄가스와 이물을 필터링하여 재생분말로 재생하는 잉여분말재생단계와, 상기 재생분말을 재생분말저장호퍼에 저장하는 재생분말저장단계와, 상기 재생분말저장호퍼의 재생분말을 재생분말이송가스로 이송하여 3D프린터의 메인호퍼와 연결된 제2사이클론호퍼에서 분리하는 재생분말재공급단계를 순차적으로 실시하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 잉여분말분리단계는, 잉여분말이송가스를 강제 이송하는 제1펌프에 의해 잉여분말이 이송되고, 제1사이클론호퍼 내부에서 잉여분말과 잉여분말이송가스의 비중 차이에 의해 분리되는 과정임을 특징으로 한다.
상기 재생분말재공급단계는, 재생분말이송가스를 강제 이송하는 제2펌프에 의해 재생분말이 이송되고, 제2사이클론호퍼 내부에서 재생분말과 재생분말이송가스의 비중 차이에 의해 분리되는 과정임을 특징으로 한다.
상기 잉여분말분리단계에서, 상기 잉여분말과 분리된 잉여분말이송가스는 제1필터조립체를 경유하면서 이물이 제거된 후 상기 제1펌프 내부로 유입됨을 특징으로 한다.
상기 재생분말재공급단계는, 상기 재생분말과 분리된 재생분말이송가스는 제2필터조립체를 경유하면서 이물이 제거된 후 상기 제2펌프 내부로 유입됨을 특징으로 한다.
상기 재생분말저장단계에서, 상기 재생분말저장호퍼 내부의 재생분말 저장량은 센서에 의해 감지되며, 상기 재생분말은 진동발생기에 의해 응집이 방지됨을 특징으로 한다.
상기 제1필터조립체와 제2필터조립체의 입구부 및 출구부에는 압력센서가 구비되며, 상기 압력센서가 측정한 압력값의 차이를 설정압력과 비교하여 필터의 교체 시기를 판별하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 적층형 3D프린터에서 분말층을 형성하고 남은 잉여분말을 재사용할 수 있으므로 제조 원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.
그리고 잉여분말에 포함된 흄덩어리와 이물을 제거하여 재생분말로 만드는 초음파시빙기를 구비하여 재공급되는 분말의 품질을 높일 수 있다.
또한 잉여분말을 이송하는 잉여분말이송가스와 재생분말을 이송하는 재생분말이송가스의 순환을 강제하는 펌프를 각각 구비하여 독립적인 순환경로를 갖도록 함으로써 이물의 유입을 근본적으로 차단할 수 있다.
그리고 잉여분말을 필터링하여 재생된 재생분말을 3D프린터에 직접 공급함으로써 별도의 공간에 보관하고 분리하여 투입하는 일련의 과정을 생략할 수 있으므로, 생산성을 향상시킬 수 있다.
그리고 잉여분말순환펌프와 재생분말순환펌프 선단에 필터조립체를 구비하여 이물 유입을 차단할 수 있다.
또한 재생분말저장호퍼 일측에 재생분말의 보관량을 감지하기 위한 센서와, 재생분말의 응집을 방지하기 위한 진동발생기를 구비하여 사용편의성이 향상될 수 있다.
뿐만 아니라 필터조립체의 입/출부에 압력감지센서를 구비하여 필터링 전/후의 압력을 비교함으로써 필터링 성능을 실시간으로 확인할 수 있다.
도 1 은 대한민국 공개특허 제10-2017-0014618호에 개시된 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치의 구성을 보인 단면도.
도 2 는 대한민국 공개특허 제10-2017-0014323호에 개시된 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치의 구성을 보인 단면도.
도 3 은 대한민국 공개특허 제10-2017-0014323호에개시된 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치의 구성을 보인 단면도.
도 4 는 대한민국 등록특허 제10-2090674호에 개시된 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터의 구성을 보인 단면도.
도 5 는 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치의 바람직한 실시예의 구조를 보인 전방 사시도.
도 6 은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치의 바람직한 실시예의 구조를 보인 후방 사시도.
도 7 은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치의 세부 구조를 보인 전방 사시도.
도 8 은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치의 세부 구조를 보인 측방 사시도.
도 9 는 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치의 세부 구조를 보인 후방 사시도.
도 10 은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법을 나타낸 순서도.
도 11 은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에서 일 단계인 잉여분말저장단계와 잉여분말분리단계 중 잉여분말과 잉여분말이송가스의 유동 경로를 보인 개요도.
도 12 는 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에서 일 단계인 잉여분말재생단계와 재생분말저장단계 중 재생분말의 유동 경로를 보인 개요도.
도 13 은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에서 일 단계인 재생분말재공급단계에서 재생분말과 재생분말이송가스의 유동 경로를 보인 개요도.
도 2 는 대한민국 공개특허 제10-2017-0014323호에 개시된 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치의 구성을 보인 단면도.
도 3 은 대한민국 공개특허 제10-2017-0014323호에개시된 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치의 구성을 보인 단면도.
도 4 는 대한민국 등록특허 제10-2090674호에 개시된 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터의 구성을 보인 단면도.
도 5 는 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치의 바람직한 실시예의 구조를 보인 전방 사시도.
도 6 은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치의 바람직한 실시예의 구조를 보인 후방 사시도.
도 7 은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치의 세부 구조를 보인 전방 사시도.
도 8 은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치의 세부 구조를 보인 측방 사시도.
도 9 는 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치의 세부 구조를 보인 후방 사시도.
도 10 은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법을 나타낸 순서도.
도 11 은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에서 일 단계인 잉여분말저장단계와 잉여분말분리단계 중 잉여분말과 잉여분말이송가스의 유동 경로를 보인 개요도.
도 12 는 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에서 일 단계인 잉여분말재생단계와 재생분말저장단계 중 재생분말의 유동 경로를 보인 개요도.
도 13 은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에서 일 단계인 재생분말재공급단계에서 재생분말과 재생분말이송가스의 유동 경로를 보인 개요도.
이하 첨부된 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치(이하 '잉여분말 재공급장치(100)'라 칭함)의 구성을 설명한다.
도 5에는 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치(100)의 바람직한 실시예의 구조를 보인 전방 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치(100)의 바람직한 실시예의 구조를 보인 후방 사시도가 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 상기 잉여분말 재공급장치(100)는 3D프린터(10) 일측에 설치되어 3D프린터(10)에서 발생하는 잉여분말을 필터링한 후 다시 3D프린터(10)로 재공급하기 위한 장치로서, 상기 3D프린터(10)는 메인호퍼(11)에 금속분말을 일정량 보관하고 있다가 분말공급장치(12)의 동작에 의해 금속분말을 하측으로 낙하시키고 분말안내구(13)를 통해 성형공간(14) 내부로 안내하며, 분말층형성장치(15)에 금속분말을 공급하여 일정 높이의 분말층을 형성하는 장치이다.
따라서 상기 3D프린터(10)는 분말층을 형성하고 남은 잉여분말이 발생하게 되며, 분말층형성장치(15)의 전/후에는 잉여분말이 하측으로 낙하할 수 있도록 홀이 천공되어 있다.
상기 잉여분말 재공급장치(100)는 성형공간(14)에서 분말층을 형성하고 남은 잉여분말을 받아 이물이나 흄 가스등을 제거한 재생분말을 다시 메인홀더로 공급하는 장치이다.
이하 상기 잉여분말이 유동하는 경로 순서대로 구성요소를 설명한다.
상기 성형공간(14)의 하측에는 잉여분말을 잉여분말 재공급장치(100)로 안내하기 위한 잉여분말수집관(102)이 구비된다. 상기 잉여분말수집관(102)은 분말층형성장치(15)가 전/후로 이동하면서 편도에 1개층의 분말층을 형성함에 따라 2개소에 연결되어진다.
그리고 상기 잉여분말수집관(102)은 하나로 합쳐져 잉여분말저장호퍼(110) 내부로 유입된다. 상기 잉여분말저장호퍼(110)는 잉여분말을 별다른 처리 없이 보관만 하는 구성이다.
상기 잉여분말저장호퍼(110)의 하측에는 잉여분말공급유닛(120)이 구비된다. 상기 잉여분말공급유닛(120)은 잉여분말저장호퍼(110)의 내부와 선택적으로 연통하여 하측 방향으로 잉여분말을 배출하는 구성으로, 롤러방식이나 스크류 방식 등 잉여분말의 배출량을 미세 조정할 수 있는 범위 내라면 다양하게 변경 실시 가능하다.
상기 잉여분말공급유닛(120)은 제1사이클론호퍼(130)와 연통된다. 상기 제1사이클론호퍼(130)는 잉여분말 재공급장치(100)의 최상측에 위치하는 것으로, 제1관(103)에 의해 잉여분말공급유닛(120)과 연결되어 있다.
그리고 상기 제1관(103)은 제1펌프(140)의 출구측과 연결되어 있다. 따라서, 상기 제1펌프(140)에서 토출되는 잉여분말이송가스는 잉여분말공급유닛(120)에서 하측으로 낙하하는 잉여분말을 이송할 수 있으며, 이송된 잉여분말은 제1관(103)을 따라 제1사이클론호퍼(130)로 유입될 수 있다.
상기 제1사이클론호퍼(130)는 잉여분말이송가스가 유입되면서 사이클론이 발생시켜 잉여분말이 하측 방향으로 포집되도록 작용하게 된다. 따라서 상기 제1사이클론호퍼(130)는 하측으로 갈수록 내경이 줄어드는 형상을 가지며, 상기 제1관(103)은 제1사이클론호퍼(130)의 내주면과 접하도록 결합되어 제1관(103)을 통해 제1사이클론호퍼(130) 내부로 유입된 잉여분말이송가스가 내주면을 따라 원주방향으로 이동하면서 사이클론을 형성할 수 있게 돕게 된다.
그리고 상기 잉여분말이송가스와 잉여분말은 비중의 차이로 인해 분리되며 무거운 잉여분말은 하측 방향으로 낙하하고, 잉여분말이송가스는 상측에 연결된 제2관(105)으로 빠져나가게 된다.
상기 제2관(105)은 단부가 제1펌프(140)의 입구부와 연결되어 있으며, 상기 제1펌프(140)의 입구측에는 제1필터조립체(142)가 설치되어 있다.
따라서, 상기 제2관(105)을 따라 이송된 잉여분말이송가스에 미세한 이물이 포함되어 있더라도 제1필터조립체(142)에 의해 필터링된 후 제1펌프(140) 내부로 유입될 수 있으며, 제1펌프(140) 내부로 유입된 잉여분말이송가스는 다시 잉여분말을 제1관(103)을 통해 상방향으로 이송하는 과정을 반복하게 된다.
한편, 상기 제1사이클론호퍼(130)의 하측에는 잉여분말공급호퍼(150)가 구비된다. 상기 잉여분말공급호퍼(150)는 제1사이클론호퍼(130)에서 분리되어 낙하된 잉여분말을 하측으로 공급하기 위해 한시적으로 보관하는 구성이다.
상기 잉여분말공급호퍼(150)의 하측에는 초음파시빙기(160)가 설치된다. 상기 초음파시빙기(160)는 잉여분말공급호퍼(150)로부터 공급받은 잉여분말을 채질(sieving)하여 흄가스와 같이 유입된 굵은 덩어리나 이물을 걸러내기 위한 구성이다.
따라서 상기 초음파시빙기(160)를 통과한 잉여분말은 3D프린터(10)의 제품 생산을 위한 금속분말로 공급 가능한 재생분말로 바뀌게 된다.
상기 초음파시빙기(160) 하측에는 재생분말저장호퍼(170)가 설치된다. 상기 재생분말저장호퍼(170)는 3D프린터(10)의 메인호퍼(11)로 공급되기 전에 임시 저장되는 공간으로 하측에는 재생분말공급유닛(180)이 설치되어 있다.
상기 재생분말공급유닛(180)은 전술한 잉여분말공급유닛(120)과 유사한 작용을 통해 재생분말을 하측 방향으로 낙하하도록 구성되며, 상기 재생분말공급유닛(180)은 제3관(107)과 연통된다.
상기 제3관(107)은 재생분말공급유닛(180)과 제2사이클론호퍼(190)를 연결하기 위한 구성으로, 제3관(107)의 타단부는 제2펌프(195)의 출구부와 연통되어 재생분말이송가스에 의해 재생분말을 제2사이클론호퍼(190)로 이송될 수 있도록 작용하게 된다.
상기 제2사이클론호퍼(190)는 전술한 제1사이클론호퍼(130)와 유사한 작용을 하지만, 분리하는 대상이 상이하다.
즉 상기 제2사이클론호퍼(190)는 재생분말이송가스와 재생분말을 동시에 수용한 후 사이클론 방식으로 재생분말을 하측으로 낙하시키고, 재생분말이송가스는 상측의 제4관(109)을 통해 제2펌프(195)의 입구부로 안내하게 된다.
물론 상기 제2펌프(195)의 입구측에는 제2필터조립체(197)이 설치되어 재생분말이송가스에 포함되어 있는 이물을 걸러낸 후 깨끗한 재생분말이송가스를 제2펌프(195)로 안내하게 된다.
이하 첨부된 도 7을 참조하여 상기 3D프린터용 잉여분말 재공급장치(100)의 세부구성을 설명한다.
도 7에는 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치(100)의 세부 구조를 보인 전방 사시도가 도시되어 있다.
도면과 같이 상기 제1필터조립체(142)와 제2필터조립체(197)의 입구측 및 출구측에는 압력센서(P)가 각각 설치된다. 상기 압력센서(P)는 제1필터조립체(142)와 제2필터조립체(197) 내부에 설치되어 있는 필터의 막힘 정도를 압력 차이로 비교하여 필터링 성능이 어느 정도 발휘하는지를 판별하기 위한 구성이다.
따라서 상기 압력센서(P)는 2개씩 조를 이루어 연동함으로써 제1필터조립체(142)와 제2필터조립체(197) 각각의 필터링 성능을 확인할 수 있도록 구성된다.
한편, 상기 제1펌프(140)와 제2펌프(195)는 서로 분리된 폐루프 경로로 잉여분말이송가스와 재생분말이송가스를 각각 순환하도록 구성된다.
즉 도 8은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치(100)의 세부 구조를 보인 측방 사시도로서, 제1펌프(140)는 잉여분말공급유닛(120)과 연통하여 잉여분말을 제1사이클론호퍼(130)로 이송하는 페루프 경로를 형성한다.
그리고 상기 제2펌프(195)는 재생분말공급유닛(180)과 연통하여 재생분말을 제2사이클론호퍼(190)로 이송하는 폐루프 경로를 형성한다.
따라서 이물이 많이 포함되어 있는 잉여분말은 제2펌프(195) 내부로 유입될 수 없으며, 3D프린터(10)에 바로 공급 가능한 재생분말은 제1펌프(140) 내부로 유입될 수 없다.
도 9를 참조하여 상기 재생분말저장호퍼(170)의 세부 구성을 설명한다.
도 9에는 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치(100)의 세부 구조를 보인 후방 사시도가 도시되어 있다.
도면과 같이 상기 재생분말저장호퍼(170)에는 다수의 센서(172)가 설치되어 있다. 상기 센서(172)는 단부가 재생분말저장호퍼(170)의 내부에 위치하고 있어서, 재생분말저장호퍼(170)에 저장되어 있는 재생분말의 높이를 감지하는 기능을 수행한다.
이를 위해 상기 센서(172)는 근접센서가 채택되었으며, 다수 센서(172) 중 하측은 감지되고 상측은 감지되지 않는 경우 재생분말의 보관량이 적은 것을 알 수 있게 된다.
상기 재생분말저장호퍼(170)의 외면에는 진동발생기(174)가 설치된다. 상기 진동발생기(174)는 재생분말의 입자가 작아 응집될 수 있는데 이러한 응집을 진동을 가하여 방지하는 장치이다.
이하 상기와 같이 구성되는 3D프린터용 잉여분말 재공급장치(100)를 이용하여 잉여분말을 재공급하는 방법을 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10에는 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치(100)를 이용한 잉여분말 재공급방법을 나타낸 순서도가 도시되어 있다.
도면과 같이 상기 재공급방법은 잉여분말을 잉여분말저장호퍼(110)로 안내하는 잉여분말저장단계(S100)와, 상기 잉여분말저장호퍼(110)의 잉여분말을 잉여분말이송가스로 이송하여 제1사이클론호퍼(130)에서 분리하는 잉여분말분리단계(S200)와, 상기 제1사이클론호퍼(130)에서 분리된 잉여분말에서 흄가스와 이물을 필터링하여 재생분말로 재생하는 잉여분말재생단계(S300)와, 상기 재생분말을 재생분말저장호퍼(170)에 저장하는 재생분말저장단계(S400)와, 상기 재생분말저장호퍼(170)의 재생분말을 재생분말이송가스로 이송하여 3D프린터(10)의 메인호퍼(11)와 연결된 제2사이클론호퍼(190)에서 분리하는 재생분말재공급단계(S500)를 순차적으로 실시하여 이루어진다.
상기 잉여분말저장단계(S100)와 잉여분말분리단계(S200)에서 잉여분말과 잉여분말이송가스의 이동 경로를 첨부된 도 11을 참조하여 설명한다.
도 11은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치(100)를 이용한 잉여분말 재공급방법에서 일 단계인 잉여분말저장단계(S100)와 잉여분말분리단계(S200) 중 잉여분말과 잉여분말이송가스의 유동 경로를 보인 개요도이다.
도면과 같이 상기 잉여분말저장단계(S100)에서 금속분말은 분말층형성장치(15)에 의해 분말층이 형성되며, 나머지 잉여분말은 잉여분말수집관(102)을 따라 잉여분말저장호퍼(110)로 유입되어 저장된다.
이후 상기 잉여분말공급유닛(120) 및 제1펌프(140)의 작용에 의해 잉여분말과 잉여분말이송가스는 제1관(103)을 따라 제1사이클론호퍼(130)로 이송되어 잉여분말분리단계(S200)가 실시된다.
상기 잉여분말분리단계(S200)가 완료되면 잉여분말은 잉여분말재생단계(S300)와 재생분말저장단계(S400)에 의해 재생분말화된다.
도 12는 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치(100)를 이용한 잉여분말 재공급방법에서 일 단계인 잉여분말재생단계(S300)와 재생분말저장단계(S400) 중 재생분말의 유동 경로를 보인 개요도로서, 상기 잉여분말공급호퍼(150)에 저장된 잉여분말은 초음파시빙기(160) 내부로 유입되어 이물이 제거되며, 이물이 제거된 재생분말은 재생분말저장호퍼(170) 내부로 유입되어 저장된다.
상기 재생분말은 이후 재생분말재공급단계(S500)를 거쳐 메인호퍼(11)에 재공급된다.
도 13은 본 발명에 의한 3D프린터용 잉여분말 재공급장치(100)를 이용한 잉여분말 재공급방법에서 일 단계인 재생분말재공급단계(S500)에서 재생분말과 재생분말이송가스의 유동 경로를 보인 개요도로서, 상기 재생분말저장호퍼(170) 내부에 보관되던 재생분말은 재생분말공급유닛(180) 하측으로 빠져나와 제3관(107)에 투입되며, 상기 제3관(107)에는 제2펌프(195)로부터 토출된 재생분말이송가스가 유동하고 있으므로, 재생분말은 재생분말이송가스와 함께 제3관(107)을 따라 제2사이클론호퍼(190)로 유입된다.
상기 제2사이클론호퍼(190) 내부로 유입된 재생분말은 사이클론 작용에 의해 하측으로 낙하하여 메인호퍼(11)로 재공급되며, 제2사이클론호퍼(190)에서 분리된 재생분말이송가스는 제4관(109)을 따라 이동하여 제2필터조립체(197)에서 다시 한번 필터링된 후 제2펌프(195) 내부로 유입된다.
상기와 같은 과정을 순차적으로 반복 실시함에 따라 잉여분말은 재생분말로 재생되어 재공급될 수 있다.
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. 메인호퍼
12. 분말공급장치 13. 분말안내구
14. 성형공간 15. 분말층형성장치
100. 잉여분말 재공급장치 102. 잉여분말수집관
103. 제1관 105. 제2관
107. 제3관 109. 제4관
110. 잉여분말저장호퍼 120. 잉여분말공급유닛
130. 제1사이클론호퍼 140. 제1펌프
142. 제1필터조립체 150. 잉여분말공급호퍼
160. 초음파시빙기 170. 재생분말저장호퍼
172. 센서 174. 진동발생기
180. 재생분말공급유닛 190. 제2사이클론호퍼
195. 제2펌프 197. 제2필터조립체
P . 압력센서 S100. 잉여분말저장단계
S200. 잉여분말분리단계 S300. 잉여분말재생단계
S400. 재생분말저장단계 S500. 재생분말재공급단계
12. 분말공급장치 13. 분말안내구
14. 성형공간 15. 분말층형성장치
100. 잉여분말 재공급장치 102. 잉여분말수집관
103. 제1관 105. 제2관
107. 제3관 109. 제4관
110. 잉여분말저장호퍼 120. 잉여분말공급유닛
130. 제1사이클론호퍼 140. 제1펌프
142. 제1필터조립체 150. 잉여분말공급호퍼
160. 초음파시빙기 170. 재생분말저장호퍼
172. 센서 174. 진동발생기
180. 재생분말공급유닛 190. 제2사이클론호퍼
195. 제2펌프 197. 제2필터조립체
P . 압력센서 S100. 잉여분말저장단계
S200. 잉여분말분리단계 S300. 잉여분말재생단계
S400. 재생분말저장단계 S500. 재생분말재공급단계
Claims (7)
- 삭제
- 삭제
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- 분말 적층형 3D프린터의 성형공간에 적층 후 남은 잉여분말을 재생하여 재공급하는 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법에 있어서,
잉여분말을 잉여분말저장호퍼로 안내하는 잉여분말저장단계와,
잉여분말이송가스를 강제 이송하는 제1펌프에 의해 잉여분말을 이송하고, 제1사이클론호퍼 내부에서 비중 차이에 의해 잉여분말이송가스로부터 잉여분말을 분리하며, 잉여분말과 분리된 잉여분말이송가스는 제1필터조립체를 경유하면서 이물이 제거된 후 제1펌프 내부로 유입되는 잉여분말분리단계와,
상기 제1사이클론호퍼에서 분리된 잉여분말에서 흄가스와 이물을 필터링하여 재생분말로 재생하는 잉여분말재생단계와,
상기 재생분말을 재생분말저장호퍼에 저장하는 재생분말저장단계와,
상기 재생분말저장호퍼의 재생분말을 재생분말이송가스를 강제 이송하는 제2펌프에 의해 이송하고, 3D프린터의 메인호퍼와 연결된 제2사이클론호퍼 내부에서 비중 차이에 의해 재생분말이송가스로부터 재생분말을 분리하고, 재생분말과 분리된 재생분말이송가스는 제2필터조립체를 경유하면서 이물이 제거된 후 상기 제2펌프 내부로 유입되는 재생분말재공급단계를 순차적으로 실시하여 이루어지며,
상기 잉여분말분리단계와 잉여분말재생단계에서 제1펌프가 토출한 잉여분말이송가스는 제1사이클론호퍼와 제1필터조립체를 경유하는 폐루프 경로를 순환하고,
상기 재생분말재공급단계에서 상기 제2펌프가 토출한 재생분말이송가스는 제2사이클론호퍼와 제2필터조립체를 경유하는 폐루프 경로를 순환하는 것을 특징으로 하는 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 재생분말저장단계에서,
상기 재생분말저장호퍼 내부의 재생분말 저장량은 센서에 의해 감지되며,
상기 재생분말은 진동발생기에 의해 응집이 방지됨을 특징으로 하는 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 제1필터조립체와 제2필터조립체의 입구부 및 출구부에는 압력센서가 구비되며, 상기 압력센서가 측정한 압력값의 차이를 설정압력과 비교하여 필터의 교체 시기를 판별하는 것을 특징으로 하는 3D프린터용 잉여분말 재공급장치를 이용한 잉여분말 재공급방법.
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| KR102449995B1 (ko) * | 2021-06-16 | 2022-10-06 | 메탈쓰리디 주식회사 | 금속 3d 프린터 출력물을 에워싼 잔여 분말을 제거하고, 제거된 분말 중 재활용 가능한 일부를 회수하기 위한 장치 |
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