KR102352989B1 - 광흡수율 측정용 분말층 모사장치 및 이를 이용한 광흡수율 측정시스템 - Google Patents

광흡수율 측정용 분말층 모사장치 및 이를 이용한 광흡수율 측정시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부공간이 형성되고 상부 및 일측부가 개방되는 하우징부, 적어도 하나의 분말이 적층되고 하우징부의 일측부로 삽입되어 슬라이딩되는 슬라이딩부, 슬라이딩부의 슬라이딩 방향과 수직하도록 하우징부의 상부에 위치하고, 적어도 하나의 분말이 분말층을 이루도록 회전하는 리코팅부 및 하우징부의 서로 마주보는 양측면에 형성되어 리코팅부를 고정시키는 위치조절부를 포함하고, 리코팅부는 슬라이딩부가 내부공간으로 슬라이딩되면서 적어도 하나의 분말을 밀어냄으로써 분말층이 동일한 높이를 가지도록 상기 분말층을 평탄화시키는 것을 특징으로 하는 광흡수율 측정용 분말층 모사장치 및 이를 이용한 광흡수율 측정시스템을 제공한다.

Description

광흡수율 측정용 분말층 모사장치 및 이를 이용한 광흡수율 측정시스템{A powder layer simulator for measuring light absorption and system for measuring light absorption using the same}
본 발명은 광흡수율 측정용 분말층 모사장치 및 이를 이용한 광흡수율 측정시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3D 프린터를 이용한 리코팅 공정에서 분말층을 모사하고 이를 이용하여 광흡수율을 정확하게 측정할 수 있는 광흡수율 측정용 분말층 모사장치 및 이를 이용한 광흡수율 측정시스템에 관한 것이다.
일반적으로 레이저빔을 에너지원으로 하는 분말 기판(power bed) 기반의 3D 프린팅 공정은 분말소재(금속, 폴리머, 세라믹 분말 등)를 분말 기판 위에 설계한 두께가 되도록 리코터라고 불리는 장치를 이용해 분말로 얇은 층을 형성한 후, 레이저빔을 3D CAD 데이터 기반으로 선택적으로 조사하여 분말 소재를 열에너지로 용융, 소결함으로써 형상을 만들고, 이후 다시 분말 적층과 레이저빔 조사를 반복함으로써 3차원 구조물을 제작한다.
실제 3D프린팅에서는 리코터가 분말 기판과 일정 거리를 떨어져 있는 상태로 이송되어 분말층을 형성시키는 리코팅(Recoating)이라는 공정을 거치는데, 이 때 리코터의 종류나, 코팅 두께 등에 따라 형성되는 분말층의 가공 비중(tap density)나 표면 거칠기가 다르며, 이는 광흡수율 물성에 영향을 줄 수 있는 변수들이다.
그러나, 기존의 측정 방식에서는 큐벳(cuvette) 등의 샘플 용기에 분말이 담겨 분말 전체를 용기로 완전하게 둘러싸서 고정부에 위치되기 때문에, 실제 3D프린팅에서 리코팅 공정으로 형성된 분말층과는 다른 광흡수 물성을 보일 수 있기 때문에 실제 3D 프린팅 공정에서 분말층의 광흡수율과 기존의 측정 방식에 의해 측정된 분말층의 광흡수율에 오차가 발생하는 문제점이 있었다.
(특허문헌 1) 등록특허공보 제10-1583545호(2016.01.04.)
(특허문헌 2) 등록특허공보 제10-1420383호(2014.07.10.)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 적어도 하나의 분말을 적층시킨 슬라이딩부가 하우징부(110)로 슬라이딩되고, 위치조절부가 상하방향으로 이동하여 리코팅부의 위치를 조절함에 따라 분포층의 높이를 원하는 사양으로 구현함으로써, 실제 3D프린터에서 3D프린팅 공정과 유사하게 모사할 수 있는 광흡수율 측정용 분말층 모사장치 및 이를 이용한 광흡수율 측정시스템을 제공하는 것이다.
또한, 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 개방된 레이저빔 수용부의 하부에 광흡수율 측정용 분말층 모사장치를 결합시키고, 분말층에 레이저빔을 조사하여 실제 3D 프린팅 공정과 유사하게 모사하며, 그에 따라 발산되는 반사광 및 산란광을 측정하여 광흡수율을 산출할 수 있는 광흡수율 측정용 분말층 모사장치 및 이를 이용한 광흡수율 측정시스템을 제공하는 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 내부공간이 형성되고 상부 및 일측부가 개방되는 하우징부; 적어도 하나의 분말이 적층되고 상기 하우징부의 일측부로 삽입되어 슬라이딩되는 슬라이딩부; 상기 슬라이딩부의 슬라이딩 방향과 수직하도록 상기 하우징부의 상부에 위치하고, 상기 적어도 하나의 분말이 분말층을 이루도록 회전하는 리코팅부; 및 상기 하우징부의 서로 마주보는 양측면에 형성되어 상기 리코팅부를 고정시키는 위치조절부;를 포함하고, 상기 리코팅부는 상기 슬라이딩부가 상기 내부공간으로 슬라이딩되면서 상기 적어도 하나의 분말을 밀어냄으로써 상기 분말층이 동일한 높이를 가지도록 상기 분말층을 평탄화시키는 것을 특징으로 하는 광흡수율 측정용 분말층 모사장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 슬라이딩부와 연결되어 직선왕복운동함에 따라 상기 슬라이딩부를 슬라이딩시키는 이송부; 및 상기 이송부의 온오프 및 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 슬라이딩부가 상기 슬라이딩 방향 및 상기 슬라이딩 방향과 대향하는 방향 중 어느 한 방향으로 슬라이딩되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 슬라이딩부의 높이는 상기 하우징부의 높이보다 작으며, 상기 슬라이딩부의 상면과 상기 리코팅부 사이에는 이격되어 있는 이격공간이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 슬라이딩부가 상기 슬라이딩 방향으로 이동하면, 상기 적어도 하나의 분말이 상기 이격공간을 통과하면서 상기 리코팅부에 의해 분말층이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하우징부의 서로 마주보는 양측면에는 상하방향으로 관통되는 하우징홀이 형성되고, 상기 위치조절부는 상기 하우징홀에 삽입되어 상기 상하방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 위치조절부가 상기 상하방향으로 이동하여 상기 분말층의 높이를 조절하도록 상기 위치조절부를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 전술한 바에 따른 광흡수율 측정용 분말층 모사장치; 및 상기 광흡수율 측정용 분말층 모사장치가 결합되고 외부로부터 조사되는 레이저빔을 수용하는 광흡수율 측정장치;를 포함하고, 상기 레이저빔이 상기 분말층에 조사되어 발생하는 반사광 및 산란광을 측정하여 반사광 및 산란광의 파장에 따른 광흡수율을 획득하는 것을 특징으로 하는 광흡수율 측정시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 광흡수율 측정장치는, 내부가 비어 있고 하부가 개방된 구형상의 레이저빔 수용부;를 포함하고, 상기 레이저빔 수용부의 하부에는 상기 하우징부가 결합되며, 상기 레이저빔 수용부와 상기 하우징부는 상기 레이저빔이 외부로 노출되지 않도록 결합되는 것을 특징으로 하는 광흡수율을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 광흡수율 측정장치는, 상기 레이저빔 수용부의 상부에 결합되어 상기 레이저빔을 상기 레이저빔 수용부의 내부로 투과시키는 레이저빔 투과부;를 더 포함하고, 상기 레이저빔 투과부 및 상기 하우징부는 동일직선상에 위치하며, 상기 레이저빔 투과부는 상기 레이저빔을 상기 분말층으로 투과시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 광흡수율 측정장치는, 상기 레이저빔 수용부의 일측에 형성되어 상기 반사광 및 상기 산란광을 측정하는 광검출부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 적어도 하나의 분말을 적층시킨 슬라이딩부가 하우징부로 슬라이딩되고, 위치조절부가 상하방향으로 이동하여 리코팅부의 위치를 조절함에 따라 분포층의 높이를 원하는 사양으로 구현함으로써, 실제 3D프린터에서 3D프린팅 공정 중 리코팅 공정이 모사된 분말층 샘플을 쉽게 만들 수 있다.
또한, 상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 개방된 레이저빔 수용부의 하부에 광흡수율 측정용 분말층 모사장치를 결합시키고, 분말층에 레이저빔을 조사하여 실제 3D 프린팅 공정 중 리코팅 공정과 유사하게 모사하며, 그에 따라 발산되는 반사광 및 산란광을 측정하여 광흡수율을 정확하게 산출할 수 있다.
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 일실시예에 따른 광흡수율 측정용 분말층 모사장치가 모사하고자 하는 3D 프린터를 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광흡수율 측정용 분말층 모사장치를 나타낸 일 방향에서의 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광흡수율 측정용 분말층 모사장치의 슬라이딩부가 하우징부의 내부공간으로 완전히 이동한 상태를 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 5는 도 4의 측면도이다.
도 6의 (a), (b)는 도 5에서 위치조절부가 상하방향으로 이동하여 위치가 가변하는 것을 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 광흡수율 측정시스템을 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광흡수율 측정시스템에 의해 측정되는 반사광 및 산란광의 파장에 따른 광흡수율을 나타낸 도면 및 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 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 실시예를 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 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
1. 광흡수율 측정용 분말층 모사장치(100)
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수율 측정용 분말층 모사장치(100)를 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광흡수율 측정용 분말층 모사장치가 모사하고자 하는 3D 프린터를 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수율 측정용 분말층 모사장치(100)를 설명하기에 앞서 본 발명에서 모사하고자 하는 3D 프린터에 대하여 간략히 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수율 측정용 분말층 모사장치(100)가 모사하고자 하는 3D 프린터는 가공 플랫폼(10), 가공 플랫폼(10)의 상부에 위치하여 회전하면서 분말을 평탄화시키는 롤러(20), 레이저빔(L)을 생성하여 스캐너(40)로 조사하는 레이저원(30) 및 레이저빔(L)을 가공 플랫폼(10)의 내부에 위치한 적어도 하나의 분말에 조사하는 스캐너(40)를 포함한다.
이때, 적어도 하나의 분말은 레이저빔(L)에 의해 녹으면서 원하는 형상의 제품으로 형성된다.
본 발명은 실제 3D프린터를 이용하여 제품을 3D 프린팅하는 과정에서 적어도 하나의 분말에 조사되는 레이저빔(L)의 광흡수율을 측정하기 위해 안출된 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광흡수율 측정용 분말층 모사장치를 나타낸 일 방향에서의 분해사시도이다.
이를 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수율 측정용 분말층 모사장치(100)는 도 2를 참조하면, 하우징부(110), 슬라이딩부(120), 리코팅부(130) 및 위치조절부(140)를 포함한다.
하우징부(110)는 내부공간(S)이 형성되고 상부 및 일측부가 개방된다. 구체적으로 도 2를 참조하면, 하우징부(110)는 1개의 하면 및 3개의 측면으로 형성되고, 하우징부(110)의 상부 및 일측부는 개방되어 있다.
하우징부(110)의 상부로는 레이저빔이 조사되고, 하우징부(110)의 일측부로는 슬라이딩부(120)가 삽입된다.
또한, 하우징부(110)의 서로 마주보는 양측면에는 상하방향으로 관통되는 하우징홀(미도시)이 형성된다. 하우징홀에는 위치조절부(140)가 삽입되어 상하방향으로 이동할 수 있다. 즉, 하우징홀은 위치조절부(140)를 가이드하는 역할을 수행한다.
다만, 본 발명은 상기한 하우징홀이 형성되지 않고 하우징부(110)에 정밀 액츄에이터 등을 설치하여 위치조절부(140)를 조절할 수 있다.
도 3은 도 2의 측면도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광흡수율 측정용 분말층 모사장치의 슬라이딩부가 하우징부의 내부공간으로 완전히 이동한 상태를 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 슬라이딩부(120)는 소정의 두께를 가지는 평판형상을 지니고 있다. 슬라이딩부(120)는 적어도 하나의 분말(5)이 적층되고 하우징부(110)의 일측부로 삽입되어 슬라이딩된다. 이를 위한 슬라이딩부(120)는 하우징부(110)보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로 도 3을 참조하면, 슬라이딩부(120)의 높이는 하우징부(110)의 높이보다 작도록 형성되며, 높이와 관련하여 하우징부(110) 및 리코팅부(130)와의 위치관계는 구체적으로 후술하도록 한다.
또한, 본 발명은 슬라이딩부(120)와 연결되어 직선왕복운동함에 따라 슬라이딩부(120)를 슬라이딩시키는 이송부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예시적으로 이송부는 공압 실린더, 유압 실린더 등과 같은 기기가 적용될 수 있다.
상기한 이송부는 후술되는 제어부에 의해 온오프 및 동작이 제어될 수 있다.
도 5는 도 4의 측면도이다.
리코팅부(130)는 슬라이딩부(120)의 슬라이딩 방향과 수직하도록 하우징부(110)의 상부에 위치하고, 적어도 하나의 분말(5)을 평탄화시켜 분말층(6)을 이루도록 한다.
구체적으로 리코팅부(130)의 내부에는 위치조절부(140)의 적어도 일부가 삽입될 수 있다.
이를 위한 리코팅부(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 바형상의 회전체이고, 이러한 리코팅부(130)는 회전 또는 비회전을 통하여 적어도 하나의 분말(5)을 분말층(6)으로 평탄화시킨다.
리코팅부(130)가 회전하는 경우, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 슬라이딩부(120)가 내부공간(S)으로 슬라이딩됨에 따라 회전하면서 적어도 하나의 분말(5)을 밀어냄으로써 분말층(6)이 동일한 높이를 가지도록 분말층(6)을 평탄화시킨다.
이에 따른 리코팅부(130)는 위치조절부(140)의 적어도 일부를 기준으로 회전 가능한 구조를 가진다.
이를 위해, 슬라이딩부(120)의 상면과 리코팅부(130) 사이에는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 이격되어 있는 이격공간이 형성된다.
구체적으로 슬라이딩부(120)가 슬라이딩 방향으로 이동하면, 적어도 하나의 분말(5)이 이격공간을 통과하면서 리코팅부(130)의 회전에 의해 분말층(6)이 형성된다.
추가적으로 리코팅부(130)는 평판 형상을 가진 비회전체일 수도 있으며, 이때의 리코팅부(130)는 회전하지 않은 상태로 슬라이딩부(120)이 하우징부(110)의 내부로 삽입되면서 적어도 하나의 분말(5)을 분말층(6)으로 평탄화시킬 수 있다.
도 6의 (a), (b)는 도 5에서 위치조절부가 상하방향으로 이동하여 위치가 가변하는 것을 나타낸 측면도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 위치조절부(140)는 하우징부(110)의 서로 마주보는 양측면에 형성되어 리코팅부(140)를 고정시킨다. 구체적으로 위치조절부(140)는 바형상의 회전체의 양측이 일방향으로 절곡된 'ㄷ'자 형상을 가질 수 있다. 위치조절부(140)의 적어도 일부인 중앙부는 리코팅부(130)의 내부에 삽입됨에 따라 리코팅부(130)가 회전 가능하고, 위치조절부(140)의 양단은 하우징부(110)의 서로 마주보는 양측면에 연결된다.
구체적으로 위치조절부(140)의 양단은 하우징홀에 삽입되어 상하방향으로 이동 가능한 구조를 가진다.
또한, 본 발명은 하우징부(110)의 서로 마주보는 양측면에 결합되고 위치조절부(140)의 양단과 연결되어 상하왕복운동함에 따라 위치조절부(140)를 상하방향으로 이동시키는 리프팅부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예시적으로 리프팅부는 유압 실린더, 공압 실린더 등이 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 이송부 및 리프팅부의 온오프 및 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함한다.
우선, 제어부는 슬라이딩부(110)가 슬라이딩 방향 및 슬라이딩 방향과 대향하는 방향 중 어느 한 방향으로 슬라이딩되도록 제어할 수 있다. 이때, 제어부는 이송부의 이송속도도 제어가 가능하다.
다음, 제어부는 도 6의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 위치조절부(140)가 상하방향으로 이동하여 분말층(6)의 높이를 조절하도록 위치조절부(140)를 제어한다.
구체적으로 슬라이딩부(120)의 상면으로부터 리코팅부(130)의 하부까지의 최단거리(H, H')는 도 6의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 제어부의 제어로 인한 위치조절부(140)가 상하방향으로 이동함에 따라 달라지고, 이에 따라 리코팅부(130)는 분포층의 높이를 원하는 높이로 형성시킬 수 있다.
즉, 위치조절부(140)가 상방으로 이동하면, 도 6의 (a)와 같이 분포층(6)의 높이를 상대적으로 높게 형성시킬 수 있고, 반대로 위치조절부(140)가 하방으로 이동하면, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 분포층(6)의 높이를 상대적으로 낮게 형성시킬 수 있다.
상기한 바에 따른 본 발명은 적어도 하나의 분말을 적층시킨 슬라이딩부가 하우징부(110)로 슬라이딩되고, 위치조절부가 상하방향으로 이동하여 리코팅부의 위치를 조절함에 따라 분포층의 높이를 원하는 사양으로 구현함으로써, 실제 3D프린터에서 3D프린팅 공정과 유사하게 모사할 수 있다.
2. 광흡수율 측정시스템(300)
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수율 측정시스템(300)를 설명하되, 광흡수율 측정용 분말층 모사장치(100)는 전술한 바를 참고하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 광흡수율 측정시스템을 나타낸 단면도이다.
광흡수율 측정시스템(300)는 레이저빔(L)이 분말층(6)에 조사되어 발생하는 반사광 및 산란광을 측정하여 반사광 및 산란광의 파장에 따른 광흡수율을 획득하며, 이를 위한 광흡수율 측정시스템(300)는 광흡수율 측정용 분말층 모사장치(100) 및 광흡수율 측정장치(200)를 포함한다.
광흡수율 측정장치(200)는 광흡수율 측정용 분말층 모사장치(100)가 결합되고 외부로부터 조사되는 레이저빔(L)을 수용하며, 이러한 광흡수율 측정장치(200)는 레이저빔 수용부(210), 레이저빔 투과부(220) 및 광검출부(230)를 포함한다.
레이저빔 수용부(210)는 내부가 비어 있고 하부가 개방된 구형상을 가진다. 예시적으로 레이저빔 수용부(210)는 적분구(Integrating sphere)일 수 있다.
레이저빔 수용부(210)의 하부에는 하우징부(110)가 결합된다. 이때, 레이저빔 수용부(210)와 하우징부(110)는 레이저빔(L)이 외부로 노출되지 않도록 결합된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광흡수율 측정시스템에 의해 측정되는 반사광 및 산란광의 파장에 따른 광흡수율을 나타낸 도면 및 그래프이다.
레이저빔 투과부(220)는 레이저빔 수용부(210)의 상부에 결합되어 레이저빔(L)을 레이저빔 수용부(210)의 내부로 투과시킨다.
구체적으로 레이저빔 투과부(220) 및 하우징부(110)는 도 7에 도시된 바와 같이 동일직선상에 위치한다.
상기한 결합관계에 따른 레이저빔 투과부(220)는 레이저빔(L)을 분말층(6)으로 투과시킨다.
이후, 도 8에 도시된 바와 같이 외부로부터 입사된 레이저빔(L)이 레이저빔 투과부(220)를 통과하여 분말층(6)에 투과되면, 분말층(6)이 녹았다가 고화되는 상변화를 갖게 된다.
즉, 레이저빔 기반의 3D프린팅 공정에서는 분말(6) 및 분말(6)에 조사되는 레이저빔(L)과 상호작용하여 일부 에너지를 흡수하고, 분말(6)에 흡수된 에너지가 열에너지로 변환됨으로써 용융이나 소결이 되어 분말(5) 간의 결합이 발생한다.
여기서, 분말(5)에 의해 흡수되는 에너지양은 조사되는 레이저빔에 의해 형성되는 단일 라인의 폭, 두께 등 공정 설계에 영향을 주는 매우 중요한 물리량이다. 이때, 전체 입사되는 에너지 대비 흡수되는 에너지의 비율인 광흡수율은 분말 소재의 종류, 분말층의 두께, 광파장, 입도분포, 분말표면 거칠기, 불순물 포함 여부 등에 의해서 달라지게 되며, 따라서 광흡수율은 3D프린팅 분말소재의 주요 물성이다.
광검출부(230)는 레이저빔 수용부(210)의 일측에 형성되어 반사광 및 산란광을 측정한다.
상기한 바와 같이 광검출부(230)에 의해 측정된 반사광 및 산란광은 아래의 [수학식 1]에 적용된다.
Figure 112020085209505-pat00001
(Eabsorption=분말이 흡수한 레이저빔의 에너지, Etotal=레이저빔의 총에너지, Ereflection=분말로부터 반사된 반사광의 에너지, Escattering=분말로부터 산란된 산란광의 에너지)
즉, 광흡수율은 레이저빔의 총에너지에서 반사광의 에너지와 산란광의 에너지를 뺀 값을 백분율로 산출한다.
상기한 바에 따른 본 발명은 개방된 레이저빔 수용부의 하부에 광흡수율 측정용 분말층 모사장치를 결합시키고, 분말층에 레이저빔을 조사하여 실제 3D 프린팅 공정과 유사하게 모사하며, 그에 따라 발산되는 반사광 및 산란광을 측정하여 광흡수율을 산출할 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 실시예들은 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.
5: 분말
6: 분말층
10: 가공 플랫폼
20: 롤러
30: 레이저원
40: 스캐너
100: 광흡수율 측정용 분말층 모사장치
110: 하우징부
120: 슬라이딩부
130: 리코팅부
140: 위치조절부
200: 광흡수율 측정장치
210: 레이저빔 수용부
220: 레이저빔 투과부
230: 광검출부
300: 광흡수율 측정시스템

Claims (10)

  1. 내부공간이 형성되고 상부 및 일측부가 개방되는 하우징부;
    적어도 하나의 분말이 적층되고 상기 하우징부의 일측부로 삽입되어 슬라이딩되는 평판 형상의 슬라이딩부;
    상기 슬라이딩부의 슬라이딩 방향과 수직하도록 상기 하우징부의 상부에 위치하고, 상기 적어도 하나의 분말이 분말층을 이루도록 회전하는 리코팅부;
    상기 하우징부의 서로 마주보는 양측면에 형성되어 상기 리코팅부를 고정시키는 위치조절부;
    상기 하우징부의 서로 마주보는 양측면에 결합되고 상기 위치조절부의 양단과 연결되어 상하왕복운동함에 따라 상기 위치조절부를 상하방향으로 이동시키는 리프팅부;
    상기 슬라이딩부와 연결되어 직선왕복운동함에 따라 상기 슬라이딩부를 슬라이딩시키는 이송부; 및
    상기 리프팅부의 온오프 및 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 위치조절부가 상기 상하방향으로 이동하여 상기 분말층의 높이를 조절하도록 상기 리프팅부를 제어하며,
    상기 리프팅부는 유압 실린더 또는 공압 실린더로서, 상기 제어부에 의해 상기 위치조절부의 위치를 조절함에 따라 모사하고자 하는 상기 분말층의 높이를 조절하며,
    상기 리코팅부는 상기 슬라이딩부가 상기 내부공간으로 슬라이딩되면서 상기 적어도 하나의 분말을 밀어냄으로써 상기 분말층이 동일한 높이를 가지도록 상기 분말층을 평탄화시키는 것을 특징으로 하는 광흡수율 측정용 분말층 모사장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 슬라이딩부와 연결되어 직선왕복운동함에 따라 상기 슬라이딩부를 슬라이딩시키는 이송부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 슬라이딩부가 상기 슬라이딩 방향 및 상기 슬라이딩 방향과 대향하는 방향 중 어느 한 방향으로 슬라이딩되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 광흡수율 측정용 분말층 모사장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 슬라이딩부의 높이는 상기 하우징부의 높이보다 작으며,
    상기 슬라이딩부의 상면과 상기 리코팅부 사이에는 이격되어 있는 이격공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 광흡수율 측정용 분말층 모사장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 슬라이딩부가 상기 슬라이딩 방향으로 이동하면, 상기 적어도 하나의 분말이 상기 이격공간을 통과하면서 상기 리코팅부에 의해 분말층이 형성되는 것을 특징으로 하는 광흡수율 측정용 분말층 모사장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징부의 서로 마주보는 양측면에는 상하방향으로 관통되는 하우징홀이 형성되고,
    상기 위치조절부는 상기 하우징홀에 삽입되어 상기 상하방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 광흡수율 측정용 분말층 모사장치.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 따른 광흡수율 측정용 분말층 모사장치; 및
    상기 광흡수율 측정용 분말층 모사장치가 결합되고 외부로부터 조사되는 레이저빔을 수용하는 광흡수율 측정장치;를 포함하고,
    상기 레이저빔이 상기 분말층에 조사되어 발생하는 반사광 및 산란광을 측정하여 반사광 및 산란광의 파장에 따른 광흡수율을 획득하는 것을 특징으로 하는 광흡수율 측정시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 광흡수율 측정장치는, 내부가 비어 있고 하부가 개방된 구형상의 레이저빔 수용부;를 포함하고,
    상기 레이저빔 수용부의 하부에는 상기 하우징부가 결합되며,
    상기 레이저빔 수용부와 상기 하우징부는 상기 레이저빔이 외부로 노출되지 않도록 결합되는 것을 특징으로 하는 광흡수율을 측정하는 것을 특징으로 하는 광흡수율 측정시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 광흡수율 측정장치는, 상기 레이저빔 수용부의 상부에 결합되어 상기 레이저빔을 상기 레이저빔 수용부의 내부로 투과시키는 레이저빔 투과부;를 더 포함하고,
    상기 레이저빔 투과부 및 상기 하우징부는 동일직선상에 위치하며,
    상기 레이저빔 투과부는 상기 레이저빔을 상기 분말층으로 투과시키는 것을 특징으로 하는 광흡수율 측정시스템.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 광흡수율 측정장치는, 상기 레이저빔 수용부의 일측에 형성되어 상기 반사광 및 상기 산란광을 측정하는 광검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광흡수율 측정시스템.
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