KR102362089B1 - 3d 프린터용 이종 소재 분말 도포장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 작업테이블, 내부에 제1분말 소재가 저장되는 제1분말 호퍼, 제1분말 호퍼의 하부에 위치하도록 작업테이블에 연결되게 설치되어 제1분말 호퍼에 저장된 제1분말 소재를 공급받은 후, 내부에서 회전하는 제1스크류축의 회전을 통해 제1스크류축의 축방향으로 제1분말 소재를 골고루 배치시킨 상태로 배출이 이루어지게 하는 제1분말 공급 조절부, 작업테이블에 왕복 이동 가능하게 설치되어, 작업테이블 상에서 이동하면서 제1분말 공급 조절부로부터 공급받은 제1분말 소재를 작업테이블 상에 도포한 후, 작업테이블 상에 도포된 제1분말 소재를 가압하는 제1분말 리코더부, 외부에 위치하는 제2분말 소재를 내측으로 흡입 저장한 후, 제2분말 소재의 배출이 이루어지게 하는 제2분말 흡입저장부, 제2분말 흡입저장부와 연결되게 설치되어 제2분말 흡입저장부로부터 배출되는 제2분말 소재를 공급받은 후, 내부에서 회전하는 제2스크류축의 회전을 통해 제2스크류축의 축방향으로 제2분말 소재를 골고루 배치되게 한 후, 작업테이블 상에 제2분말 소재의 배출양을 제어하면서 도포하고, 작업테이블 상에 도포된 제2분말 소재를 가압하는 제2분말 제어도포부를 포함하는 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치를 제공한다.

Description

3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치{Dissimilar material powder coating device for 3D printer}

본 발명은, 3차원 입체 조형물을 조형하는 3D 프린터에서 조형물의 조형에 사용되는 서로 다른 소재의 분말을 공급하는 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치에 관한 것이다.

일반적으로, 3D 프린팅 기술은 3차원 입체 도면을 기반으로 3차원 공간 안에 인쇄하듯 물품을 만들어내는 제조기술을 말한다. 개발 초기에는 플라스틱 소재에만 국한되고 제한된 용도로 사용되었지만 나일론과 금속 등으로 범위가 확대되고, 휴대전화 케이스, 자동차 부속품까지 출력할 수 있는 정도로 전 산업분야에 응용되고 있는 추세이다.

대다수 산업용 금속 3D 프린터는 금속 분말을 도포하고 원하는 부분만 레이저로 용융시켜 제품을 만드는 선택적 레이저 소결(SLS) 방식을 따르고 있으나, 최근에는, 금속이나 플라스틱 분말을 조형 박스의 스테이지 상에 도포하고 원하는 부분에 접착제를 분사해 제품을 만드는 바인더 젯(Binder-Jet) 방식이 부각되고 있다. 이러한, 바인더 젯 방식의 3D 프린터로 본 출원인은 대한민국 등록특허 제2078812호(2020.02.12)에서 조형 박스의 조형 스테이지 상에 분말 소재를 도포한 후 블레이드를 일방향으로 이동시켜 평탄화한 후 접착제를 분사하는 구성을 제시한 바 있다.

그러나, 선출원된 3D 프린터는 분말 도포장치를 통한 하나의 분말만을 도포 가능한 바, 서로 다른 소재 특성, 즉 재질이나 입자 크기가 다른 분말을 공급해야 할 경우, 선택된 제1분말 소재의 도포작업을 완료한 후 다른 제2분말 소재를 추가적으로 사용하고자 할 때 제1분말 소재를 분말 도포장치에서 깔끔하게 제거되도록 세척해야 함으로써 프린팅 작업이 번거로워지는 문제점이 있다.

본 발명은, 서로 다른 소재 특성을 가지는 분말 소재를 도포할 수 있게 하여 서로 다른 소재의 분말을 이용한 프린팅 작업을 쉽게 할 수 있게 하는 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 작업테이블, 내부에 제1분말 소재가 저장되는 제1분말 호퍼, 상기 제1분말 호퍼의 하부에 위치하도록 작업테이블에 연결되게 설치되어 제1분말 호퍼에 저장된 제1분말 소재를 공급받은 후, 내부에서 회전하는 제1스크류축의 회전을 통해 제1스크류축의 축방향으로 제1분말 소재를 골고루 배치시킨 상태로 배출이 이루어지게 하는 제1분말 공급 조절부, 상기 작업테이블에 왕복 이동 가능하게 설치되어, 작업테이블 상에서 이동하면서 제1분말 공급 조절부로부터 공급받은 제1분말 소재를 작업테이블 상에 도포한 후, 작업테이블 상에 도포된 제1분말 소재를 가압하는 제1분말 리코더부, 외부에 위치하는 제2분말 소재를 내측으로 흡입 저장한 후, 제2분말 소재의 배출이 이루어지게 하는 제2분말 흡입저장부, 상기 제2분말 흡입저장부와 연결되게 설치되어 제2분말 흡입저장부로부터 배출되는 제2분말 소재를 공급받은 후, 내부에서 회전하는 제2스크류축의 회전을 통해 제2스크류축의 축방향으로 제2분말 소재를 골고루 배치되게 한 후, 작업테이블 상에 제2분말 소재의 배출양을 제어하면서 도포하고, 작업테이블 상에 도포된 제2분말 소재를 가압하는 제2분말 제어도포부를 포함하는 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치를 제공한다.

또한, 상기 제1분말 공급 조절부는, 상기 제1분말 호퍼의 하부에 배치되도록 작업테이블의 폭 방향으로 길게 연장되게 형성되고, 제1분말 호퍼로부터 공급받은 제1분말 소재를 수용하도록 상방이 개방된 내부 공간을 가지는 박스 형태의 계량 챔버, 상기 계량 챔버의 내부 공간에서 회전 가능하게 계량 챔버에 연결 설치되고, 외측면에는 날개부가 형성된 제1스크류축, 상기 제1스크류축과 연결되도록 계량 챔버에 설치되고, 제1스크류축이 회전하도록 구동력을 발생시키는 제1스크류 구동모터, 상기 작업테이블에 설치하며, 계량 챔버의 양단을 회전 가능하게 연결 지지하는 지지부, 상기 계량 챔버에 연결되게 설치되어, 계량 챔버가 회전하도록 구동력을 발생시키는 구동 실린더를 포함할 수 있다.

또한, 상기 작업테이블의 폭방향 양측에는 상호 마주보게 한 쌍의 제1레일이 형성되고, 상기 제1분말 리코더부는, 길이방향 양단이 제1레일에 이동 가능하게 연결되도록 작업테이블의 폭 방향으로 길게 연장되게 형성되며, 제1분말 공급 조절부로부터 배출되는 제1분말 소재를 공급받도록 상방이 개방된 내부 공간이 형성되고, 하면에 제1분말 소재를 하방으로 배출되게 하는 제1도포 슬릿이 형성된 제1공급 챔버, 상기 제1공급 챔버의 내부 공간에서 회전 가능하게 제1공급 챔버에 연결 설치되고, 제1도포 슬릿과 대응되는 위치에서 회전시 제1분말 소재가 제1도포 슬릿을 통해 배출되면서 도포가 이루어지게 하는 제1피딩 홈부가 형성된 제1피딩 롤러, 상기 제1피딩 롤러와 나란하게 배치되도록 제1공급 챔버의 외측에 회전 가능하게 연결 설치되어, 제1피딩 롤러에 의해 도포된 제1분말 소재를 가압하는 제1리코딩 롤러를 포함할 수 있다.

또한, 상기 작업테이블의 폭방향 양측에는 상호 마주보게 한 쌍의 제2레일이 형성되고, 상기 제2분말 제어도포부는, 길이방향 양단이 제2레일에 이동 가능하게 연결되도록 작업테이블의 폭 방향으로 길게 연장되게 형성되며, 상단에는 제2분말 흡입저장부로부터 배출되는 제2분말 소재를 공급받도록 상단에 제2분말 유입구가 형성된 상태로 내부 공간을 가지고, 하면에 제2분말 소재를 하방으로 배출되게 하는 제2도포 슬릿이 형성된 제2공급 챔버, 상기 제2공급 챔버의 내부 공간에서 회전 가능하게 제2공급 챔버에 연결 설치되고, 외측면에는 날개부가 형성된 제2스크류축, 상기 제2스크류축과 연결되도록 제2공급 챔버에 설치되고, 제2스크류축이 회전하도록 구동력을 발생시키는 제2스크류 구동모터, 상기 제2공급 챔버에 연결 설치되며, 제2도포 슬릿의 개폐정도를 조절하면서 제2도포 슬릿을 통해 배출되는 제2분말 소재의 배출량을 조절하는 제2분말 도포량 제어수단, 상기 제2공급 챔버의 길이방향으로 연장되도록 제2공급 챔버의 하측에 연결 설치되어, 제2분말 도포량 제어수단을 통해 제2도포 슬릿으로 배출되어 도포된 제2분말 소재를 가압하는 제2리코딩 가압수단을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2분말 도포량 제어수단은, 상기 제2공급 챔버의 하단에 회전 가능하게 연결 설치되며, 회전 방향에 따라 제2분말 유입구의 개폐정도를 조절하는 제2분말 배출조절판, 상기 제2분말 배출조절판에 연결되도록 제2공급 챔버에 설치하며, 제2분말 배출조절판이 회전하도록 구동력을 발생시키는 배출조절 구동수단을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치는, 제1분말 호퍼와 제1분말 공급조절부를 통해 제1분말 리코더부에서 제1분말 소재를 작업테이블 상에 도포한 후 가압하면서 균일한 높이로 형성되게 하고, 제2분말 흡입저장부와 제2분말 제어도포부에서 제2분말 소재를 작업테이블 상에 도포한 후 가압하면서 균일한 높이로 형성되게 하는 바, 서로 다른 소재 특성을 가지는 제1분말 소재와 제2분말 소재를 이용한 프린팅 작업을 쉽게 할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치의 설치상태 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치의 설치상태 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제1분말 호퍼와 제1분말 공급조절부 및 제1분말 리코더부를 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1분말 호퍼와 제1분말 공급조절부 및 제1분말 리코더부를 나타낸 측면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 제1 분말호퍼와 제1분말 공급조절부의 확대 사시도이다.
도 6 및 도 7은 도 1에 도시된 제1분말 리코더부의 전측 및 후측 사시도이다.
도 8는 도 4에서 제1분말 공급조절부의 구동상태를 나타낸 상태도이다.
도 9는 도 1에 도시된 제2분말 흡입저장부의 개략 단면도이다.
도 10은 도 1에 도시된 제2분말 제어도포부의 사시도이다.
도 11은 도 1에 도시된 제2분말 제어도포부의 정면도이다.
도 12는 도 1에 도시된 제2분말 제어도포부의 측면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치의 설치상태 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치의 설치상태 평면도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 일 실시예의 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치는, 작업테이블(100), 제1분말 호퍼(200), 제1분말 공급조절부(300), 제1분말 리코더부(400), 제2분말 흡입저장부(500), 제2분말 제어도포부(300)를 구비하고 있다. 이때, 작업테이블(100) 상에는 일 실시예에 따른 이종 소재 분말 도포장치에 의해 도포된 서로 다른 소재 특성을 가지는 제1분말 소재 및 제2분말 소재의 3차원 프린팅이 이루어지게 하는 구성을 구비할 수 있으며, 구체적으로 설명하면 내부에 승하강 가능하게 구비되어 상면에 입체 조형물이 복수의 레이어(Layer)로 적층되어 조형되는 조형 스테이지를 포함하는 조형 박스(도면미도시)와, 조형 박스를 승하강시키는 승하강 장치(도면미도시), 작업테이블(100) 상에서 XY축으로 이동하면서 조형 스테이지 상에 도포된 제1분말 소재 및 제2분말 소재에 접착물질을 잉크젯 방식으로 분사하거나 제1분말 소재 및 제2분말 소재에 레이저를 조사하는 프린팅 헤드(PH)를 구비하는 프린팅장치(10)를 구비할 수 있다. 여기서, 조형 박스는 상측이 개방된 박스 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하지 않음은 물론이다.

상기 작업테이블(100)은 제1분말 호퍼(200)와, 제1분말 공급조절부(300)와, 제1분말 리코더부(400)와, 제2분말 흡입저장부(500)와, 제2분말 제어도퍼부(600)를 연결 지지하는 프레임 구조물이다. 여기서, 작업테이블(100)은 분말의 도포 및 입체 조형물의 조형작업이 이루어지는 공간을 제공할 수 있도록 내측에 공간이 마련된 육면체 형태의 박스 구조로 형성될 수 있다. 이러한, 작업테이블(100)은 일체형 사출 구조물이나, 주물 또는, 다양한 형상의 판재와, 선재와, 파이프재와, 수직 부재 와, 수평 부재 및 경사 부재들을 서로 용접하거나 볼트 및 너트와 같은 체결부재를 통해 연결상태로 결합하여 구성할 수 있다.

이러한, 상기 작업테이블(100)의 내측에는 앞서 설명한 조형 박스를 수납할 수 있도록 조형 박스 수납부(110)가 형성될 수 있다. 그리고, 조형 박스 수납부(110)에는 조형 박스를 승하강시키는 승하강 장치를 설치 구비할 수 있다. 또한, 작업테이블(100)에는 작업테이블(100)을 설치한 장소의 바닥면을 기준으로 수평방향 및 연직방향으로 왕복 이동하면서 조형박스의 조형 스테이지 상에 도포된 제1분말 소재 및 제2분말 소재에 접착물질을 잉크젯 방식으로 분사하거나 제1분말 소재 및 제2분말 소재에 레이저를 조사하는 프린팅 헤드(PH)를 구비하는 프린팅장치(10)를 구비할 수 있다.

또한, 상기 작업테이블(100)에는 이후 설명될 제1분말 리코더부(400)의 제1공급 챔버(410)를 슬라이딩 이동되게 가이드하는 한 쌍의 제1레일(120)과, 제2분말 제어도포부(600)의 제2공급 챔버(610)를 슬라이딩 이동되게 가이드하는 한 쌍의 제2레일(130)을 연결 구비한다. 더불어, 작업테이블(100)에는 제1공급 챔버(410) 및 제2공급 챔버(610)와 각각 연결되게 설치되어, 제1공급 챔버(410)를 제1레일(120) 상에서 이동되게 구동력을 발생시키는 제1이동수단(도면미도시)과, 제2공급 챔버(610)를 제2레일(130) 상에서 이동되게 구동력을 발생시키는 제2이동수단(도면미도시)를 구비할 수 있다.

상기 제1분말 호퍼(200)는 내부에 3D 프린터용 제1분말 소재를 저장한 후, 배출되게 한다. 구체적으로 살펴보면, 도 3 및 도 4를 참조하면 제1분말 호퍼(200)는, 상방이 개방된 역피라미드 형상으로 형성된 제1호퍼 몸체(210) 및, 제1호퍼 몸체(210)의 하면에 형성되는 제1분말 공급구(220)를 포함할 수 있다.

상기 제1분말 공급조절부(300)는 제1분말 호퍼(200)에 저장된 제1분말 소재를 제1분말 호퍼(200)로부터 공급받은 후, 내부에서 회전하는 제1스크류축(320)의 회전을 통해 제1스크류축(320)의 축방향으로 제1분말 소재를 골고루 배치시킨 상태로 제1분말 리코더부(400)로 배출이 이루어지게 하는 부분이다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 제1분말 공급 조절부(300)는 제1분말 호퍼(200)의 하부에 위치하도록 작업테이블(100)에 연결되게 설치하며, 계량 챔버(310), 제1스크류축(320), 제1스크류 구동모터(330), 지지부(340), 구동실린더(350)를 포함한다.

상기 계량 챔버(310)는 제1분말 호퍼(200)의 제1호퍼 몸체(210)로부터 공급받은 제1분말 소재를 수용하도록 상방이 개방된 내부 공간을 가지는 박스 형태로 이루어진다. 이러한, 계량 챔버(410)는 제1분말 호퍼(210)의 하부에 배치되도록 작업테이블(100)의 폭 방향으로 길게 연장되게 형성된다. 그리고, 계량 챔버(410)의 폭방향 양단은 지지부(340)를 통해 작업테이블(100)에 연결되게 설치된다. 여기서, 계량 챔버(310)의 전면은 상부로 갈수록 제1분말 리코더부(400) 방향으로 경사지게 형성되어, 계량 챔버(310)가 제1분말 리코더부(400) 방향으로 회전시, 내부에 수용된 제1분말 소재가 계량 챔버(310)의 회전 방향으로 쉽게 쏟아질 수 있게 된다.

상기 제1스크류축(320)은 계량 챔버(310)의 내부 공간에서 회전 가능하게 설치되어, 계량 챔버(310)로 공급받은 제1분말 소재를 혼합하면서 계량 챔버(310)의 내부 공간에서 축 방향으로 골고루 채워진 상태가 되게 한다. 이러한, 제1스크류축(320)은 계량 챔버(310)의 내측에 삽입 배치되며, 제1스크류축(320)의 길이방향 양단은 계량 챔버(310)의 양측을 관통한 상태로 지지부(340)에 회전 가능하게 연결 설치된다. 여기서, 제1스크류축(320)의 외측에는 나선형의 날개부가 형성되어, 계량 챔버(310) 내부에서 제1스크류축(320)이 회전시, 제1분말 호퍼(200)의 제1분말 공급구(220)를 통해 공급된 제1분말 소재가 제1스크류축(320)의 나선형 날개부를 따라 계량 챔버(310)의 일측에서 타측으로 이동하면서 계량 챔버(310) 내부에 채워지게 된다.

상기 제1스크류 구동모터(330)는 제1스크류축(320)을 회전하도록 구동력을 발생시키는 모터이다. 이러한, 제1스크류 구동모터(330)는 지지부(340)에 결합 설치하며, 제1스크류 구동모터(330)의 구동축은 제1스크류축(320)의 길이방향 일단과 연결된다. 여기서, 제1스크류 구동모터(330)는 별도의 제어수단(도면미도시)에 의해 제어될 수 있는데, 이러한, 제어수단에 제1분말 소재의 공급량을 입력하여 설정하면, 제어수단에서 설정된 제1분말 소재의 공급량에 따라 제1스크류축(320)의 회전수를 결정하고, 제1스크류 구동모터(330)를 제어하여 그 회전수 만큼 제1스크류축(320)을 회전 구동시킬 수 있다.

상기 지지부(340)는 계량 챔버(310)의 양단을 회전 가능하게 연결 지지함과 더불어 구동 실린더(350)를 연결 지지하는 프레임 부분이다. 이러한, 지지부(340)는 작업테이블(100)에 연결되게 결합 설치한다. 여기서, 지지부(340)는 상호 이격상태로 마주보는 한 쌍의 측판부재(340a)와, 측판부재(340a)를 연결하도록 양측을 측판부재(340a)에 결합하는 연결부재(340b)를 포함할 수 있다.

상기 구동 실린더(350)는 계량 챔버(310)를 지지부(340) 상에서 회전하도록 구동력을 발생시키는 실린더이다. 즉, 구동 실린더(350)는 길이를 가변되게 하면서 직선적인 구동력에 의해 계량 챔버(310)를 계량 챔버(310)의 전방에 배치된 제1분말 리코더부(400) 방향으로 회전되게 한다. 이러한, 구동 실린더(350)는 지지부(340)에 설치하며, 구동 실린더(350)의 피스톤 로드 단부가 계량 챔버(310)의 일측에 연결되게 한다. 이같이, 도 8와 같이 구동 실린더(350)가 구동하여 피스톤 로드의 길이가 신장되면, 계량 챔버(310)가 약 90도 각도로 회전하여 내부에 정량으로 계량되어 수용된 제1분말 소재를 제1분말 리코더부(400)로 전달되게 한다.

상기 제1분말 리코더부(400)는 작업테이블(100) 상에서 이동하면서 제1분말 공급 조절부(300)의 계량 챔버(310)로부터 공급받은 제1분말 소재를 작업테이블(100)의 조형 박스 상에 도포한 후, 작업테이블(100)의 조형 박스 상에 도포된 제1분말 소재를 가압하여 균일한 높이로 형성되게 하는 부분이다. 즉, 제1분말 리코더부(400)는 작업테이블(100)의 제1레일(120)에 왕복 이동 가능하게 연결 설치되어, 일방향으로 이동하면서 제1분말 공급 조절부(300)로부터 전달받은 제1분말 소재를 작업테이블(100)의 조형 박스 상면에 도포하고, 일방향과 반대 방향인 타방향으로 이동하면서 작업테이블(100)의 조형 박스 상면에 도포된 제1분말 소재를 균일한 높이로 가압되게 한다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 제1분말 리코더부(400)는 제1공급 챔버(410), 제1피딩 롤러(420), 제1리코딩 롤러(430)를 포함한다.

상기 제1공급 챔버(410)는 제1분말 공급 조절부(300)의 계량 챔버(310)로부터 배출되는 제1분말 소재를 공급받도록 상방이 개방된 상태로 내부 공간이 형성된 구조를 가진다. 그리고, 제1공급 챔버(410)의 하면에는 내부 공간으로 공급된 제1분말 소재를 하방으로 배출되게 하는 제1도포 슬릿(411)이 형성된다. 여기서, 제1공급 챔버(410)는 계량 챔버(310)의 길이와 대응되는 길이를 가지도록 작업테이블(100)의 폭 방향으로 길게 연장되게 형성된다. 그리고, 제1공급 챔버(410)의 길이방향 양단은 작업테이블(100)의 제1레일(120)에 이동 가능하게 연결 설치한다.

또한, 상기 제1공급 챔버(410)에는 제1공급 챔버(410)의 내부 공간에서 회전 가능하게 연결 설치되어, 회전에 의해 제1공급 챔버(410)에 수용된 제1분말 소재를 뭉치지 않도록 교반시키는 교반 롤러(440)를 구비할 수 있다. 여기서, 교반 롤러(440)는, 외주면에 볼트 형상으로 돌출되게 형성되는 복수개의 돌출부(440a)가 형성되어, 제1공급 챔버(410)의 내부에서 회전시 돌출부(440a)에 의해 제1공급 챔버(410) 내부에 수용된 제1분말 소재를 뭉치지 않도록 교반시킬 수 있다. 이러한, 돌출부(440a)의 형상 또한 반드시 볼트 형상에 국한되지 않고, 나선형의 날개 형상 등 제1분말 소재를 효과적으로 교반시킬 수 있는 매우 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

상기 제1피딩 롤러(420)는 제1도포 슬릿(411)을 통해 제1공급 챔버(410) 내 제1분말 소재가 배출되면서 도포가 이루어지게 하는 롤러이다. 이러한, 제1피딩 롤러(420)는 제1공급 챔버(410)의 내부 공간에 제1도포 슬릿(411)과 대응되는 위치에서 회전 가능하게 설치되어, 회전시 제1도포 슬릿(411)을 통해 제1분말 소재가 배출되면서 도포가 이루어지게 한다.

그리고, 상기 제1피딩 롤러(420)는, 외주면을 따라 복수 개의 제1피딩 홈부(421)가 형성되어, 제1피딩 롤러(420)가 제1공급 챔버(410)의 내부에서 회전하면서 제1피딩 홈부(421)로 수용된 제1분말 소재를 제1도포 슬릿(411)을 통해 제1공급 챔버(410)의 외부로 배출 도포할 수 있게 한다.

이러한, 상기 제1피딩 롤러(420)은 제1공급 챔버(410) 내부의 제1분말 소재가 제1도포 슬릿(411)을 통해 한번에 도포되지 않고, 일정량씩 순차적으로 도포되도록 유도할 수 있다. 이러한, 제1피딩 롤러(420)의 제1피딩 홈부(421)의 형상은 제1피딩 롤러(420)의 길이 방향을 따라 길게 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않고 제1분말 소재를 일정량씩 순차적으로 도포할 수 있도록 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다.

상기 제1리코딩 롤러(430)는 제1피딩 롤러(420)에 의해 도포된 제1분말 소재를 균일한 높이로 형성되도록 가압하는 롤러이다. 이러한, 제1리코딩 롤러(430)는 제1피딩 롤러(420)와 나란하게 배치되도록 제1공급 챔버(410)의 외측에 회전 가능하게 연결 설치된다.

상기 제2분말 흡입저장부(500)는 외부에 배치된 3D 프린터용 제2분말 소재를 내측으로 흡입 저장한 후, 이후 설명될 제2분말 제어도포부(600)로 공급하도록 배출이 이루어지게 하는 부분이다. 구체적으로 살펴보면, 제2분말 흡입저장부(500)는 진공발생을 통해 외부에 배치된 제2분말 소재를 내측으로 흡입상태로 저장한 후, 저장된 제2분말 소재를 제2분말 제어도포부(600)로 공급한다. 도 9를 참조하면, 제2분말 흡입저장부(500)는 내측에 공간부가 마련된 형 구조를 가지면서 내부의 공기를 배출시키는 배기구(512)와, 배기구(512)를 통해 내부의 공기가 배출시 발생하는 흡입력을 통해 제2분말 소재를 내측으로 흡입되게 하는 흡입구(513)가 형성된 흡입 본체(510)와, 흡입 본체(510)의 하부에 마련되어, 흡입 본체(510)로 흡입되는 제2분말 소재를 저장하도록 내측에 공간부가 마련된 포집 탱크(520)를 포함한다. 여기서, 흡입 본체(510)의 하부에는 하방으로 갈수록 내경이 축소되게 형성되어 흡입구(513)를 통해 내부로 유입되는 제2분말 소재가 하강 기류를 형성하면서 포집 탱크(520)에 저장되게 유도하는 하강유도부(511)가 마련될 수 있다. 이러한, 흡입 본체(510)에는 배기구(512)를 통해 공기의 배출력을 발생시키는 배기펌프(도면미도시)를 연결 구비할 수 있다. 이때, 포집 탱크(520)의 하단에는 제2분말 제어도포부(600)의 제2공급 챔버(610)로 제2분말 소재를 배출 공급되게 하는 제2분말소재 배출구가 형성될 수 있다.

상기 제2분말 제어도포부(600)는 작업테이블(100) 상에서 이동하면서 제2분말 흡입저장부(500)의 포집 본체(520)로부터 배출되는 제2분말 소재를 작업테이블(100)의 조형 박스 상에 먼저 도포된 제1분말 소재 상으로 도포한 후, 제2분말 소재를 가압하는 부분이다. 즉, 제2분말 제어도포부(600)는 제2분말 흡입저장부(500)의 포집 본체(520) 하단에 결합된 상태로 작업테이블(100)의 제2레일(130)에 왕복 이동 가능하게 연결 설치되어, 제2분말 흡입저장부(500)의 포집 본체(520)로부터 배출되는 제2분말 소재를 공급받은 후, 일방향으로 이동하면서 작업테이블(100)의 조형 박스 상에 제2분말 소재의 배출양을 제어하면서 도포하고, 일방향과 반대 방향인 타방으로 이동하면서 작업테이블(100)의 조형 박스 상면에 도포된 제2분말 소재를 균일한 높이로 가압되게 한다. 도 10 내지 도 12를 참조하면, 제2분말 제어도포부(600)는 제2공급 챔버(610), 제2스크류축(620), 제2스크류 구동모터(630), 제2도포량 제어수단(640), 제2리코딩 가압수단(650)을 포함한다.

상기 제2공급 챔버(610)는 제2분말 흡입저장부(500)의 포집 본체(520)로부터 배출되는 제2분말 소재를 공급받도록 내부 공간이 형성된 통 구조를 가진다. 이때, 제2공급 챔버(610)의 상단 일측에는 포집 본체(520)로부터 배출되는 제2분말 소재를 공급받도록 포집 본체(520)의 제2분말소재 배출구와 연결되는 제2분말 유입구(611)가 형성된다. 그리고, 제2공급 챔버(610)의 하면에는 내부 공간으로 공급된 제2분말 소재를 제2공급 챔버(610)의 하방 외측으로 배출되게 하는 제2도포 슬릿(612)이 형성된다. 여기서, 제2공급 챔버(610)는 작업테이블(100)의 폭 방향으로 길게 연장되게 형성되고, 제2공급 챔버(610)의 길이방향 양단은 작업테이블(100)의 제2레일(130)에 이동 가능하게 연결 설치한다.

상기 제2스크류축(620)은 제2공급 챔버(610)의 내부 공간에서 회전 가능하게 설치되어, 제2공급 챔버(610)로 공급받은 제2분말 소재를 혼합하면서 제2공급 챔버(610)의 내부 공간에서 축 방향으로 골고루 분산상태로 채워지게 한다. 이러한, 제2스크류축(620)은 제2공급 챔버(610)의 내측에 삽입 배치되며, 제2스크류축(620)의 길이방향 양단은 제2공급 챔버(610)에 회전 가능하게 연결 설치된다. 여기서, 제2스크류축(620)의 외측에는 나선형의 날개부가 형성되어, 제2공급 챔버(610) 내부에서 제2스크류축(620)이 회전시, 제2분말 흡입저장부(500)의 포집 본체(520)를 통해 공급된 제2분말 소재가 제2스크류축(620)의 나선형 날개부를 따라 제2공급 챔버(610)의 일측에서 타측으로 이동하면서 제2공급 챔버(610) 내부에 골고루 분산상태로 채워지게 된다.

상기 제2스크류 구동모터(630)는 제2스크류축(620)을 회전하도록 구동력을 발생시키는 모터이다. 이러한, 제2스크류 구동모터(630)는 제2공급 챔버(610)에 결합 설치하며, 제2스크류 구동모터(630)의 구동축은 제2스크류축(620)의 길이방향 일단과 연결된다. 여기서, 제2스크류 구동모터(630)는 별도의 제어수단(도면미도시)에 의해 제어될 수 있는데, 이러한, 제어수단은 제2공급 챔버(610)의 타단 내측에 설치되어, 제2공급 챔버(610) 내 제2분말 소재를 감지하는 센서부(631)를 구비하여, 센서부(631)에 제2분말 소재가 감지될 때까지 제2스크류축(620)이 회전하도록 제2스크류 구동모터(630)의 구동이 이루어지게 제어하고, 센서부(631)에서 제2분말 소재가 감지하는 순간 제2스크류 구동모터(630)의 구동이 정지되게 제어하게 된다.

상기 제2분말 도포량제어수단(640)은 제2공급 챔버(610)에 형성된 제2도포 슬릿(612)의 개폐정도를 조절하면서 제2도포 슬릿(612)을 통해 배출되는 제2분말 소재의 배출량을 조절한다. 이러한, 제2분말 도포량 제어수단(640)은 제2공급 챔버(610)에 연결 설치되며, 제2분말 배출조절판(641), 배출조절 구동수단(642)을 포함한다.

상기 제2분말 배출조절판(641)은 제2공급 챔버(610)의 하단, 보다 상세하게는 회전 방향에 따라 제2도포 슬릿(612)을 개폐정도를 조절할 수 있도록 제2공급 챔버(610)의 하면에 회전 가능하게 힌지로 연결 설치되는 판 부재이다. 이러한, 제2분말 배출조절판(641)은 배출조절 구동수단(642)과 연결되게 설치되어, 배출조절 구동수단(642)에 의해 제2도포 슬릿(612)의 개폐정도를 조절하게 된다.

상기 배출조절 구동수단(642)은 제2분말 배출조절판(641)을 회전하도록 구동력을 발생시키는 수단이다. 즉, 배출조절 구동수단(642)는 제2분말 배출조절판(641)을 제2공급 챔버(610) 상에서 회전하도록 하면서 제2도포 슬릿(612)을 개폐되게 함과 더불어 개방시에는 개방정도를 조절되게 하여 제2도포 슬릿(612)을 통한 제2분말 소재의 배출량을 제어할 수 있게 한다. 이때, 배출조절 구동수단(642)은 제2분말 배출조절판(641)의 힌지 부분과 기어수단을 통해 연결되어 회전력을 전달하여 제2분말 배출조절판(641)을 회전되게 하는 모터를 적용하거나, 피스톤로드 단부가 제2분말 배출조절판(641)에 연결되어 피스톤로드의 길이조절을 통해 제2분말 배출조절판(641)을 회전되게 하는 실린더를 적용할 수 있다. 여기서, 배출조절 구동수단(642)은 별도의 제어수단(도면미도시)에 의해 제어될 수 있는데, 이러한, 제어수단에 제2분말 소재의 공급량을 입력하여 설정하면, 제어수단에서 설정된 제2분말 소재의 공급량에 따라 제2도포 슬릿(612)의 개방정도를 결정하고, 배출조절 구동수단(642)을 제어하여 제2분말 배출조절판(641)을 회전시켜 제2도포 슬릿(612)의 개방상태를 제어할 수 있다.

상기 제2리코딩 가압수단(650)은 제2분말 도포량 제어수단(640)을 통해 제2도포 슬릿(612)으로 배출되어 도포된 제2분말 소재를 가압하면서 제2분말 소재가 균일한 높이로 형성되게 하는 부분이다. 상기 제2리코딩 가압수단(650)은 제2공급 챔버(610)의 길이방향으로 연장되도록 제2공급 챔버(610)의 하측에 연결 설치되는 판재인 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고 제2공급 챔버(610)의 하측에 회전 가능하게 연결 설치되도록 롤러를 적용할 수도 있음은 물론이다.

이와 같이, 구성되는 일 실시예에 따른 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치의 제1분말 소재 및 제2분말 소재의 도포 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1분말 호퍼(200)를 통해 제1분말 공급조절부(300)의 계량 챔버(310)로 제1분말 소재가 공급되면, 제1스크류축(320)의 회전을 통해 계량 챔버(310) 내측에 제1분말 소재가 골고루 분산상태로 배치된다.

이후, 상기 구동실린더(350)가 작동하면서 계량 챔버(310) 내 제1분말 소재는 제1분말 리코더부(400)의 제1공급 챔버(410)로 공급되고, 제1공급 챔버(410)는 작업테이블(100)의 조형 박스 상에 이동된 상태에서 제1피딩 롤러(420)의 회전과 더불어 제1도포 슬릿(421)을 통해 일정량의 제1분말 소재가 배출되며 도포가 이루어지게 된다.

그리고, 상기 계량 챔버(310)가 제1분말 호퍼(200) 방향으로 이동시 제1리코딩 롤러(430)는 제1분말 소재를 가압하면서 일정한 높이로 형성되게 한다.

이후, 제1분말 소재가 도포된 조형 박스 상에 제2분말 소재를 도포하게 되는데, 제2분말 흡입저장부(500)의 흡입본체(510)로 제2분말 소재가 흡입된 후, 포집본체(520)에 저장되는 제2분말 소재는 제2분말 제어도포부(600)의 제2공급 챔버(610)의 내측으로 공급된다. 그러면, 제2스크류축(620)의 회전을 통해 제2공급 챔버(610) 내측에 제2분말 소재가 골고루 분산상태로 배치된다.

이후, 상기 제2공급 챔버(610)는 작업테이블(100)의 조형 박스 상에 이동된 상태에서 제2분말 도포량제어수단(640)의 배출조절 구동수단(640)이 제2분말 배출조절판(641)을 회전시키면서 제2도포 슬릿(612)을 통해 일정량의 제2분말 소재가 배출되게 하여 도포가 이루어지게 된다.

그리고, 상기 제2공급 챔버(610)가 원위치로 이동시, 제2리코딩 가압부(650)는 제2분말 소재를 가압하면서 일정한 높이로 형성되게 한다.

이와 같은, 일 실시예의 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치는, 제1분말 호퍼(200)와 제1분말 공급조절부(300)를 통해 제1분말 리코더부(400)에서 제1분말 소재를 작업테이블(100) 상에 도포한 후 가압하면서 균일한 높이로 형성되게 하고, 제2분말 흡입저장부(500)와 제2분말 제어도포부(600)에서 제2분말 소재를 작업테이블(100) 상에 도포한 후 가압하면서 균일한 높이로 형성되게 하는 바, 서로 다른 소재 특성을 가지는 제1분말 소재와 제2분말 소재를 이용한 프린팅 작업을 쉽게 할 수 있게 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 작업테이블 200: 제1분말 호퍼
300: 제1분말 공급조절부 400: 제1분말 리코더부
500: 제2분말 흡입저장부 600: 제2분말 제어도포부

Claims (5)

1. 폭방향 양측에는 상호 마주보게 한 쌍의 제2레일이 형성된 작업테이블;
   내부에 제1분말 소재가 저장되는 제1분말 호퍼;
   상기 제1분말 호퍼의 하부에 위치하도록 작업테이블에 연결되게 설치되어 제1분말 호퍼에 저장된 제1분말 소재를 공급받은 후, 내부에서 회전하는 제1스크류축의 회전을 통해 제1스크류축의 축방향으로 제1분말 소재를 골고루 배치시킨 상태로 배출이 이루어지게 하는 제1분말 공급 조절부;
   상기 작업테이블에 왕복 이동 가능하게 설치되어, 작업테이블 상에서 이동하면서 제1분말 공급 조절부로부터 공급받은 제1분말 소재를 작업테이블 상에 도포한 후, 작업테이블 상에 도포된 제1분말 소재를 가압하는 제1분말 리코더부;
   외부에 위치하는 제2분말 소재를 내측으로 흡입 저장한 후, 제2분말 소재의 배출이 이루어지게 하는 제2분말 흡입저장부;
   상기 제2분말 흡입저장부와 연결되게 설치되어 제2분말 흡입저장부로부터 배출되는 제2분말 소재를 공급받은 후, 내부에서 회전하는 제2스크류축의 회전을 통해 제2스크류축의 축방향으로 제2분말 소재를 골고루 배치되게 한 후, 작업테이블 상에 제2분말 소재의 배출양을 제어하면서 도포하고, 작업테이블 상에 도포된 제2분말 소재를 가압하는 제2분말 제어도포부;를 포함하고,
   상기 제2분말 제어도포부는, 길이방향 양단이 제2레일에 이동 가능하게 연결되도록 작업테이블의 폭 방향으로 길게 연장되게 형성되며, 상단에는 제2분말 흡입저장부로부터 배출되는 제2분말 소재를 공급받도록 상단에 제2분말 유입구가 형성된 상태로 내부 공간을 가지고, 하면에 제2분말 소재를 하방으로 배출되게 하는 제2도포 슬릿이 형성된 제2공급 챔버, 상기 제2공급 챔버의 내부 공간에서 회전 가능하게 제2공급 챔버에 연결 설치되고, 외측면에는 날개부가 형성된 제2스크류축, 상기 제2스크류축과 연결되도록 제2공급 챔버에 설치되고, 제2스크류축이 회전하도록 구동력을 발생시키는 제2스크류 구동모터, 상기 제2공급 챔버에 연결 설치되며, 제2도포 슬릿의 개폐정도를 조절하면서 제2도포 슬릿을 통해 배출되는 제2분말 소재의 배출량을 조절하는 제2분말 도포량 제어수단, 상기 제2공급 챔버의 길이방향으로 연장되도록 제2공급 챔버의 하측에 연결 설치되어, 제2분말 도포량 제어수단을 통해 제2도포 슬릿으로 배출되어 도포된 제2분말 소재를 가압하는 제2리코딩 가압수단을 포함하고,
   상기 제2분말 도포량 제어수단은, 상기 제2공급 챔버의 하단에 회전 가능하게 연결 설치되며, 회전 방향에 따라 제2분말 유입구의 개폐정도를 조절하는 제2분말 배출조절판, 상기 제2분말 배출조절판에 연결되도록 제2공급 챔버에 설치하며, 제2분말 배출조절판이 회전하도록 구동력을 발생시키는 배출조절 구동수단을 포함하며,
   상기 제2공급 챔버의 타단 내측에 설치되어, 제2공급 챔버 내 제2분말 소재를 감지하는 센서부를 구비하고,
   상기 제2스크류의 구동모터와 배출조절 구동수단을 제어하는 제어수단을 구비하며,
   상기 제어수단은 센서부에 제2분말 소재가 감지될 때까지 제2스크류축이 회전하도록 제2스크류 구동모터의 구동이 이루어지게 제어하고, 센서부에서 제2분말 소재가 감지하는 순간 제2스크류 구동모터의 구동이 정지되게 제어하며,
   상기 제어수단에 제2분말 소재의 공급량을 입력하여 설정하면, 제어수단에서 설정된 제2분말 소재의 공급량에 따라 제2도포 슬릿의 개방정도를 결정하고, 배출조절 구동수단을 제어하여 제2분말 배출조절판을 회전시켜 제2도포 슬릿의 개방상태를 제어하는 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1분말 공급 조절부는,
   상기 제1분말 호퍼의 하부에 배치되도록 작업테이블의 폭 방향으로 길게 연장되게 형성되고, 제1분말 호퍼로부터 공급받은 제1분말 소재를 수용하도록 상방이 개방된 내부 공간을 가지는 박스 형태의 계량 챔버,
   상기 계량 챔버의 내부 공간에서 회전 가능하게 계량 챔버에 연결 설치되고, 외측면에는 날개부가 형성된 제1스크류축,
   상기 제1스크류축과 연결되도록 계량 챔버에 설치되고, 제1스크류축이 회전하도록 구동력을 발생시키는 제1스크류 구동모터,
   상기 작업테이블에 설치하며, 계량 챔버의 양단을 회전 가능하게 연결 지지하는 지지부,
   상기 계량 챔버에 연결되게 설치되어, 계량 챔버가 회전하도록 구동력을 발생시키는 구동 실린더를 포함하는 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 작업테이블의 폭방향 양측에는 상호 마주보게 한 쌍의 제1레일이 형성되고,
   상기 제1분말 리코더부는,
   길이방향 양단이 제1레일에 이동 가능하게 연결되도록 작업테이블의 폭 방향으로 길게 연장되게 형성되며, 제1분말 공급 조절부로부터 배출되는 제1분말 소재를 공급받도록 상방이 개방된 내부 공간이 형성되고, 하면에 제1분말 소재를 하방으로 배출되게 하는 제1도포 슬릿이 형성된 제1공급 챔버,
   상기 제1공급 챔버의 내부 공간에서 회전 가능하게 제1공급 챔버에 연결 설치되고, 제1도포 슬릿과 대응되는 위치에서 회전시 제1분말 소재가 제1도포 슬릿을 통해 배출되면서 도포가 이루어지게 하는 제1피딩 홈부가 형성된 제1피딩 롤러,
   상기 제1피딩 롤러와 나란하게 배치되도록 제1공급 챔버의 외측에 회전 가능하게 연결 설치되어, 제1피딩 롤러에 의해 도포된 제1분말 소재를 가압하는 제1리코딩 롤러를 포함하는 3D 프린터용 이종 소재 분말 도포장치.
   
   
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