KR102363741B1 - Powder supply device and 3D printer including same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 분말 공급 장치 및 이를 포함하는 3차원 프린터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 3차원 입체 조형물을 조형할 수 있는 분말 공급 장치 및 이를 포함하는 3차원 프린터에 관한 것이다.The present invention relates to a powder supply apparatus and a three-dimensional printer including the same, and more particularly, to a powder supply apparatus capable of molding a three-dimensional three-dimensional object, and a three-dimensional printer including the same.
3차원 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.3D printing technology refers to manufacturing technology that creates goods as if printed in 3D space based on 3D drawings. In the early days of development, it was limited to plastic materials and used for limited purposes, but the scope has been expanded to nylon and metal, and it is being applied to all industrial fields to the extent that it can print cell phone cases and automobile accessories.
일반적으로, 대다수 산업용 금속 3D 프린터는 금속 분말을 도포하고 원하는 부분만 레이저로 용융시켜 제품을 만드는 선택적 레이저 소결(SLS) 방식을 따르고 있다. 그러나, 선택적 레이저 소결 방식은, 정교한 제품 제작은 가능하지만 대형 제품 제작이 어렵고 생산 속도가 느리다는 단점이 있다. 이에 따라, 최근에는, 금속이나 플라스틱 분말을 조형 박스의 스테이지 상에 도포하고 원하는 부분에 접착제를 분사해 제품을 만드는 바인더 젯(Binder-Jet) 방식이 부각되고 있다. 바인더 젯 방식은 더 빠른 속도로 많은 제품을 한 번에 출력할 수 있으며 제품 크기의 제약도 SLS 방식에 비해 적다는 장점이 있다.In general, most industrial metal 3D printers follow the selective laser sintering (SLS) method, which applies metal powder and melts only the desired part with a laser to make a product. However, the selective laser sintering method has a disadvantage in that it is difficult to manufacture a large-scale product, and the production speed is slow, although it is possible to manufacture a sophisticated product. Accordingly, recently, a binder-jet method in which a metal or plastic powder is applied on a stage of a molding box and an adhesive is sprayed to a desired portion to make a product has been highlighted. The binder jet method has the advantage of being able to print many products at a time at a faster speed and has less restrictions on product size compared to the SLS method.
그러나, 이러한 종래의 분말 공급 장치 및 이를 포함하는 3차원 프린터는, 대형 제품을 제작하기 위해 프린터 장치도 함께 대형화됨에 따라 작업 테이블의 프린팅 영역에 분말 소재를 낙하시키는 분말 공급부가 높은 곳에 위치하게 됨으로써, 분말 공급부에 분말 소재를 보충할 경우 작업자가 높은 곳에 위치한 분말 공급부까지 분말 소재를 이송하기 어려운 문제점이 있었다.However, such a conventional powder supply device and a 3D printer including the same, as the printer device is also enlarged to produce a large product, the powder supply unit for dropping the powder material on the printing area of the work table is located at a high place, When replenishing the powder material to the powder supply unit, there was a problem in that it was difficult for the operator to transfer the powder material to the powder supply unit located at a high place.
또한, 작업자가 수작업으로 분말 공급부에 분말 소재를 보충할 경우, 분말 공급부의 내부 공간에 분말 소재가 고르게 형성되지 않고 일측으로 편중되게 형성되어, 분말 공급부가 작업 테이블의 프린팅 영역에 분말 소재를 낙하 시 분말 소재가 정확한 양으로 일정하게 낙하되는데 악영향을 미친다는 문제점이 있었다.In addition, when the operator manually replenishes the powder material to the powder supply unit, the powder material is not evenly formed in the inner space of the powder supply unit, but is formed to be biased to one side. There was a problem that the powder material had a bad influence on the constant drop in an accurate amount.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 대형화된 3차원 프린터에서 높은 곳에 위치한 분말 공급부로 분말 소재를 용이하게 공급할 수 있으며, 보충된 분말 소재가 분말 공급부의 내부 공간에 일정한 높이로 고르게 형성되도록 유도할 수 있는 분말 공급 장치 및 이를 포함하는 3차원 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention is to solve various problems including the above problems, and it is possible to easily supply a powder material to a powder supply unit located at a high place in a large-sized 3D printer, and the supplemented powder material is stored in the internal space of the powder supply unit. An object of the present invention is to provide a powder supply device capable of inducing to be uniformly formed at a constant height, and a three-dimensional printer including the same. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 3차원 프린터의 분말 공급 장치가 제공된다. 상기 3차원 프린터의 분말 공급 장치는, 내부에 3차원 프린터용 분말 소재가 저장되는 분말 호퍼; 상기 분말 호퍼의 일측에 설치되고, 외부로부터 상기 분말 소재를 진공으로 흡입하여 상기 분말 호퍼로 공급하는 진공 발생부; 3차원 프린터의 작업 테이블의 상방에 선형으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 분말 호퍼로부터 상기 분말 소재를 공급받아 상기 작업 테이블의 프린팅 영역의 일측에 선택적으로 상기 분말 소재를 낙하시키는 분말 공급부; 관 형상으로 형성되어, 상기 분말 호퍼의 하단으로부터 상기 분말 호퍼 보다 높은 위치에 설치되는 상기 분말 공급부의 상단을 향해서 경사지게 설치되고, 내부에서 회전하는 이송 스크류에 의해 상기 분말 호퍼의 하단으로 배출되는 상기 분말 소재를 상기 분말 공급부로 이송시키는 분말 이송부; 및 상기 분말 이송부에 의해 상기 분말 공급부로 이송되는 상기 분말 소재의 양 및 상기 분말 공급부를 통해 상기 작업 테이블에 낙하되는 상기 분말 소재의 양을 조절할 수 있도록, 상기 분말 이송부 및 상기 분말 공급부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a powder supply apparatus for a three-dimensional printer. The powder supply device of the three-dimensional printer may include: a powder hopper in which a powder material for a three-dimensional printer is stored; a vacuum generator installed on one side of the powder hopper, sucking the powder material from the outside in a vacuum and supplying it to the powder hopper; a powder supply unit installed movably linearly above the work table of the 3D printer, receiving the powder material from the powder hopper and selectively dropping the powder material to one side of the printing area of the work table; The powder is formed in a tubular shape, is inclined from the lower end of the powder hopper toward the upper end of the powder supply unit installed at a higher position than the powder hopper, and is discharged to the lower end of the powder hopper by a feed screw rotating inside. a powder transfer unit for transferring the material to the powder supply unit; and a control unit for controlling the powder transfer unit and the powder supply unit so as to adjust the amount of the powder material transferred to the powder supply unit by the powder transfer unit and the amount of the powder material falling to the work table through the powder supply unit ; may be included.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 진공 발생부는, 하방의 적어도 일부분이 개방된 통 형상으로 형성되어 상기 분말 호퍼의 상면에 설치되고, 내부에 진공 분위기를 형성하여 일측에 형성된 흡입구를 통해 외부로부터 상기 분말 소재를 진공으로 흡입하는 진공 발생기; 및 상기 진공 발생기의 하부에 회동가능하게 설치되고, 상기 진공 발생기로 흡입된 상기 분말 소재가 소정의 무게에 도달하면 회동하여 상기 진공 발생기 하방의 개방된 부분을 선택적으로 개방시키는 플랩 도어;를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the vacuum generating unit is formed in an open cylindrical shape at least a portion of the lower portion is installed on the upper surface of the powder hopper, and forms a vacuum atmosphere therein from the outside through the suction port formed on one side a vacuum generator for sucking the powder material into a vacuum; and a flap door that is rotatably installed in the lower part of the vacuum generator and rotates when the powder material sucked into the vacuum generator reaches a predetermined weight to selectively open an open part below the vacuum generator. can
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 분말 공급부는, 상기 분말 이송부로부터 이송된 상기 분말 소재를 수용할 수 있는 내부 공간이 형성되어, 상부 일측에 상기 분말 소재가 공급되는 소재 공급구가 형성되고, 하부에 상기 분말 소재를 하방으로 도포할 수 있는 도포 슬릿이 형성되는 공급 챔버; 상기 공급 챔버의 상기 내부 공간에서 회전 가능하게 설치되고, 외경면에 나선형의 날개부가 형성되는 계량 스크류; 상기 공급 챔버의 상부 타측에 설치되어 상기 내부 공간에 수용된 상기 분말 소재를 감지하는 제 1 센서; 및 상기 공급 챔버의 하부에 설치되어 상기 도포 슬릿을 선택적으로 개방시키는 셔터부;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the powder supply unit has an internal space capable of accommodating the powder material transferred from the powder transfer unit, and a material supply port through which the powder material is supplied is formed on one upper side, a supply chamber in which an application slit capable of applying the powder material downward is formed in the lower portion; a metering screw rotatably installed in the inner space of the supply chamber and having a spiral wing portion formed on an outer diameter surface; a first sensor installed on the other upper side of the supply chamber to detect the powder material accommodated in the inner space; and a shutter unit installed under the supply chamber to selectively open the application slit.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 분말 이송부의 상기 이송 스크류를 회전시켜 상기 공급 챔버로 상기 분말 소재를 이송 시 또는 이송 후에, 상기 소재 공급구를 통해서 낙하하여 상기 내부 공간의 일측으로 편중되게 적층된 상기 분말 소재가 상기 내부 공간에 일정한 높이로 고르게 형성될 수 있도록, 상기 분말 공급부의 상기 계량 스크류를 선택적으로 회전시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the control unit rotates the transfer screw of the powder transfer unit during or after transferring the powder material to the supply chamber, and falls through the material supply port to one side of the inner space The metering screw of the powder supply unit may be selectively rotated so that the powder material, which is biasedly stacked, can be evenly formed in the inner space at a constant height.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 센서는, 그 인근에 상기 분말 소재의 존재 여부를 감지할 수 있는 근접 센서이고, 상기 제어부는, 상기 공급 챔버로 상기 분말 소재를 이송 시, 상기 이송 스크류 및 상기 계량 스크류를 계속해서 회전시키고, 상기 제 1 센서가 상기 분말 소재를 감지하면 상기 이송 스크류 및 상기 계량 스크류의 회전을 정지시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first sensor is a proximity sensor capable of detecting the presence of the powder material in its vicinity, and the control unit, when transferring the powder material to the supply chamber, the transfer The screw and the metering screw may be continuously rotated, and when the first sensor detects the powder material, the rotation of the conveying screw and the metering screw may be stopped.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 분말 공급부는, 상기 공급 챔버의 상부 일측에 상기 소재 공급구 인근에 설치되어 상기 내부 공간에 수용된 상기 분말 소재를 감지하는 제 2 센서;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the powder supply unit may further include a second sensor installed near the material supply port on an upper side of the supply chamber to detect the powder material accommodated in the inner space. .
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서는, 그 인근에 상기 분말 소재의 존재 여부를 감지할 수 있는 근접 센서이고, 상기 제어부는, 상기 공급 챔버로 상기 분말 소재를 이송 시, 상기 제 1 센서가 상기 분말 소재를 감지할 때까지 상기 이송 스크류를 회전시킨 후 상기 제 1 센서에서 상기 분말 소재가 감지되지 않을 때까지 상기 계량 스크류를 회전시키고, 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서 모두 상기 분말 소재를 감지할 때까지 이를 반복할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first sensor and the second sensor are proximity sensors capable of detecting the presence of the powder material in the vicinity thereof, and the control unit provides the powder material to the supply chamber. During transport, after rotating the feeding screw until the first sensor detects the powder material, the metering screw is rotated until the powder material is not detected by the first sensor, and the first sensor and the This may be repeated until both the second sensors detect the powder material.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서는, 상기 공급 챔버의 상부로부터 상기 내부 공간에 적층된 상기 분말 소재까지의 거리를 감지하는 거리 센서이고, 상기 제어부는, 상기 공급 챔버로 상기 분말 소재를 이송 시, 상기 제 1 센서에서 감지하는 제 1 거리와 상기 제 2 센서에서 감지하는 제 2 거리의 차이가 소정의 편차 이하로 진입할 때까지 상기 계량 스크류의 정회전과 역회전을 반복하고, 상기 제 1 거리 및 상기 제 2 거리 중 적어도 어느 하나가 사전에 설정한 소정의 거리에 도달하면 상기 이송 스크류 및 상기 계량 스크류의 회전을 정지시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first sensor and the second sensor are distance sensors for detecting a distance from an upper portion of the supply chamber to the powder material stacked in the inner space, and the control unit comprises: When transferring the powder material to the supply chamber, forward rotation of the metering screw and The reverse rotation is repeated, and when at least one of the first distance and the second distance reaches a predetermined distance, the rotation of the conveying screw and the measuring screw may be stopped.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 셔터부는, 상기 도포 슬릿이 형성된 상기 공급 챔버의 하면과 대응되는 형상으로 형성되어, 상기 공급 챔버의 하면에 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 셔터 몸체; 상기 셔터 몸체가 상기 도포 슬릿을 선택적으로 개방시킬 수 있도록, 상기 셔터 몸체를 슬라이딩 구동시키는 구동 모터; 및 상기 공급 챔버의 하면에 설치되어 상기 셔터 몸체의 슬라이딩 이동 방향을 가이드 하는 가이드 부재;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 분말 공급부가 상기 분말 소재를 낙하시키는 양을 조절할 수 있도록, 상기 구동 모터를 제어하여 상기 셔터 몸체가 상기 도포 슬릿을 개방하는 시간을 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the shutter unit, the shutter body is formed in a shape corresponding to the lower surface of the supply chamber in which the application slit is formed, and is slidably installed on the lower surface of the supply chamber; a driving motor for slidingly driving the shutter body so that the shutter body selectively opens the application slit; and a guide member installed on a lower surface of the supply chamber to guide the sliding movement direction of the shutter body, wherein the control unit controls the driving motor to control the amount of the powder supply unit dropping the powder material. By controlling it, it is possible to control the time for the shutter body to open the application slit.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 3차원 프린터가 제공된다. 상기 3차원 프린터는, 분말 소재가 수용되어 3차원의 입체 조형물이 조형될 수 있는 조형 공간이 형성될 수 있도록 상방이 개방된 박스 형상으로 형성되고, 상기 조형 공간에 승하강 가능하게 구비되어 상면에 상기 입체 조형물이 복수의 레이어(Layer)로 적층되어 조형되는 조형 스테이지를 포함하는 조형 박스; 상기 입체 조형물을 조형할 수 있는 프린팅 영역이 형성되는 작업 테이블을 상면에 지지하고, 상기 프린팅 영역과 대응되는 위치에 상기 조형 박스가 수납되는 조형 박스 수납부가 형성되는 프레임 몸체; 적어도 일부분이 상기 프레임 몸체의 상부의 일측에 설치되어 상기 작업 테이블의 상기 프린팅 영역의 일측에 선택적으로 분말 소재를 낙하시키는 분말 공급 장치; 상기 프레임 몸체의 상부에 상기 분말 공급 장치 인근에 설치되어 상기 작업 테이블의 상방에 선형으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 프린팅 영역의 일측에 낙하된 상기 분말 소재를 상기 조형 스테이지 상에 균일한 높이로 가압하여 도포하는 리코터 장치; 및 상기 프레임 몸체의 상부의 타측에 설치되어 상기 조형 스테이지 상에 도포된 상기 분말층에 접착물질을 잉크젯 방식으로 분사하는 프린팅 장치;를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a three-dimensional printer is provided. The three-dimensional printer is formed in a box shape with an open top so that a modeling space in which a powder material is accommodated and a three-dimensional object can be molded can be formed, and is provided in the molding space so as to be raised and lowered on the upper surface. a modeling box including a modeling stage in which the three-dimensional object is formed by stacking a plurality of layers; a frame body in which a modeling box accommodating part for accommodating the modeling box is formed at a position corresponding to the printing area, the frame body supporting a work table on which a printing area for molding the three-dimensional object is formed; a powder supply device, at least a portion of which is installed on one side of an upper portion of the frame body, to selectively drop a powder material to one side of the printing area of the work table; It is installed near the powder supply device on the upper part of the frame body and is installed to be movable linearly above the work table, and pressurizes the powder material dropped to one side of the printing area to a uniform height on the molding stage. a recoater device for applying; and a printing device installed on the other side of the upper portion of the frame body to spray an adhesive material onto the powder layer applied on the molding stage in an inkjet manner.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이송 스크류가 내장된 분말 이송부를 통해 지면과 가까운 낮은 위치에 위치하여 분말 소재를 저장하고 있는 분말 호퍼로부터, 대형화된 3차원 프린터에서 작업 테이블 상부의 높은 곳에 위치한 분말 공급부로 분말 소재를 자동으로 용이하게 공급할 수 있다. 또한, 분말 공급부에 분말 소재가 일정 수준 이상으로 항시 존재할 수 있도록 수시로 분말 소재를 보충함으로써, 분말 소재 보충을 위한 공정 중단을 방지하여 3차원 프린팅 공정의 효율을 증가시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention made as described above, from the powder hopper that stores the powder material at a low position close to the ground through the powder transfer unit with the built-in transfer screw, the upper working table in the large-sized 3D printer Powder material can be easily and automatically supplied to the powder supply unit located at a high place of the In addition, by frequently replenishing the powder material so that the powder material can always be present at a certain level or more in the powder supply unit, it is possible to prevent the process interruption for replenishing the powder material, thereby increasing the efficiency of the 3D printing process.
또한, 수시로 보충되는 분말 소재가 분말 공급부의 내부 공간에 설치된 계량 스크류에 의해 분말 공급부의 내부 공간에 일정한 높이로 고르게 형성되도록 교반 및 계량함으로써, 분말 공급부를 통해 작업 테이블의 프린팅 영역으로 낙하되는 분말 소재의 양을 정밀하고 일정하게 유지하여, 리코터 장치에 의해 프린팅 영역 상에 분말 소재가 고른 밀도로 균일하게 퍼지도록 유도할 수 있다.In addition, the powder material falling into the printing area of the work table through the powder supply unit by stirring and metering so that the powder material, which is frequently replenished, is evenly formed at a constant height in the inner space of the powder supply unit by the measuring screw installed in the internal space of the powder supply unit. By maintaining the precise and constant amount of , it is possible to induce the powder material to be uniformly spread with an even density on the printing area by the recoater device.
이에 따라, 3차원 프린터에서 조형되는 입체 조형물의 정밀도 및 강도를 증가시킬 수 있고, 3차원 프린팅 공정의 전체적인 효율을 증가시키는 효과를 가지는 분말 공급 장치 및 이를 포함하는 3차원 프린터를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Accordingly, it is possible to increase the precision and strength of the three-dimensional object to be molded by the three-dimensional printer, and it is possible to implement a powder supply device having the effect of increasing the overall efficiency of the three-dimensional printing process and a three-dimensional printer including the same. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 3차원 프린터의 분말 공급 장치의 분말 호퍼와 진공 발생부 및 분말 이송부를 개략적으로 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 3차원 프린터의 분말 공급 장치의 분말 공급부를 개략적으로 나타내는 평면 사시도 및 저면 사시도이다.
도 6은 도 4의 분말 공급부의 정면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6의 분말 공급부의 내부 공간에서 분말 소재가 균일한 높이로 교반 및 계량되는 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 8 내지 도 11은 도 6의 분말 공급부의 내부 공간에서 분말 소재가 균일한 높이로 교반 및 계량되는 다른 실시예를 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 12 및 도 13은 도 6의 분말 공급부의 내부 공간에서 분말 소재가 균일한 높이로 교반 및 계량되는 또 다른 실시예를 단계적으로 나타내는 단면도들이다.1 is a perspective view schematically illustrating a 3D printer according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are perspective and cross-sectional views schematically showing a powder hopper, a vacuum generating unit, and a powder transferring unit of the powder supply device of the 3D printer of FIG. 1 .
4 and 5 are a top perspective view and a bottom perspective view schematically illustrating a powder supply unit of the powder supply apparatus of the 3D printer of FIG. 1 .
6 is a cross-sectional view schematically showing the front of the powder supply unit of FIG.
7 is a cross-sectional view illustrating an embodiment in which a powder material is stirred and metered to a uniform height in the internal space of the powder supply unit of FIG. 6 .
8 to 11 are cross-sectional views step by step illustrating another embodiment in which the powder material is stirred and metered to a uniform height in the internal space of the powder supply unit of FIG. 6 .
12 and 13 are cross-sectional views illustrating in stages another embodiment in which a powder material is stirred and metered to a uniform height in the internal space of the powder supply unit of FIG. 6 .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, several preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows It is not limited to an Example. Rather, these embodiments are provided so as to more fully and complete the present disclosure, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In addition, in the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of description.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically illustrating ideal embodiments of the present invention. In the drawings, variations of the illustrated shape can be envisaged, for example depending on manufacturing technology and/or tolerances. Accordingly, embodiments of the spirit of the present invention should not be construed as limited to the specific shape of the region shown in the present specification, but should include, for example, changes in shape caused by manufacturing.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터(1000)를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 3차원 프린터의 분말 공급 장치(100)의 분말 호퍼(110)와 진공 발생부(120) 및 분말 이송부(150)를 개략적으로 나타내는 사시도 및 단면도이며, 도 4 및 도 5는 도 1의 3차원 프린터의 분말 공급 장치(100)의 분말 공급부(130)를 개략적으로 나타내는 평면 사시도 및 저면 사시도이다. 그리고, 도 6은 도 4의 분말 공급부(130)의 정면을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 7은 도 6의 분말 공급부(130)의 내부 공간(A)에서 분말 소재(M)가 균일한 높이로 교반 및 계량되는 일 실시예를 나타내는 단면도이고, 도 8 내지 도 11은 도 6의 분말 공급부(130)의 내부 공간(A)에서 분말 소재(M)가 균일한 높이로 교반 및 계량되는 다른 실시예를 단계적으로 나타내는 단면도들이며, 도 12 및 도 13은 도 6의 분말 공급부(130)의 내부 공간(A)에서 분말 소재(B)가 균일한 높이로 교반 및 계량되는 또 다른 실시예를 단계적으로 나타내는 단면도들이다.1 is a perspective view schematically showing a three-
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터(1000)는, 분말 공급 장치(100)와, 프레임 몸체(200)와 조형 박스(300)와, 리코터 장치(400) 및 프린팅 장치(미도시)를 포함할 수 있다.First, as shown in FIG. 1 , the
도 1에 도시된 바와 같이, 조형 박스(300)는, 분말 소재(M)가 수용되어 3차원의 입체 조형물이 조형될 수 있는 조형 공간이 형성될 수 있도록 상방이 개방된 박스 형상으로 형성되고, 상기 조형 공간에 승하강 가능하게 구비되어 상면에 상기 입체 조형물이 복수의 레이어(Layer)로 적층되어 조형되는 조형 스테이지(310)를 포함할 수 있다. 또한, 도시되진 않았지만, 승하강 장치가 조형 박스(300)의 하부에 위치할 수 있도록 후술될 프레임 몸체(200)의 조형 박스 수납부(220)의 하부에 설치되어, 조형 박스(300)의 조형 스테이지(310)를 승하강시킬 수 있다.As shown in Fig. 1, the
또한, 프레임 몸체(200)는, 상기 입체 조형물을 조형할 수 있는 프린팅 영역(PA)이 형성되는 작업 테이블(210)을 상면에 지지하고, 프린팅 영역(PA)과 대응되는 위치에 조형 박스(300)가 수납되는 조형 박스 수납부(220)가 형성될 수 있다. 예컨대, 이러한 프레임 몸체(200)는, 일체형 사출 구조물이나, 주물이나, 다양한 형상의 판재, 선재, 파이프재, 수직 부재, 수평 부재 및 경사 부재들을 서로 용접하거나 연결하여 이루어지는 프레임 구조체일 수 있다.In addition, the
도 1에 도시된 바와 같이, 분말 공급 장치(100)는, 적어도 일부분이 프레임 몸체(200)의 상부 일측에 설치되어 작업 테이블(210)의 프린팅 영역(PA)의 일측에 선택적으로 분말 소재(M)를 낙하시킬 수 있으며, 리코터 장치(400)는, 프레임 몸체(200)의 상부에 분말 공급 장치(100) 인근에 설치되어, 작업 테이블(210)의 상면에 설치된 레일부(R)에 의해 작업 테이블(210)의 상방에서 선형으로 이동 가능하게 설치되고, 프린팅 영역(PA)의 일측에 낙하된 분말 소재(M)를 프린팅 영역(PA) 상에 균일한 높이로 가압하여 도포할 수 있다.As shown in Figure 1, the powder supply device 100, at least a portion is installed on one side of the upper side of the
또한, 리코터 장치(400)는, 전진하면서 프린팅 영역(PA) 상에 분말 소재(M)를 도포 후, 다시 후진하면서 프린팅 영역(PA)의 외부로 넘친 분말 소재(M)를 프린팅 영역(PA)의 후방에 위치한 분말 회수구(230)로 밀어서 이동시킴으로써, 분말 회수구(230)를 통해 남은 분말 소재(M)를 회수하여 재사용할 수 있다.In addition, the
이러한, 분말 소재(M)는, 상기 입체 조형물이 바인더 젯(Binder-Jet) 방식으로 조형될 수 있도록, 금속 분말, 플라스틱 분말 및 세라믹 분말 중 적어도 어느 하나를 포함하는 소재일 수 있다.The powder material M may be a material including at least one of a metal powder, a plastic powder, and a ceramic powder so that the three-dimensional object can be molded by a binder-jet method.
또한, 도시되진 않았지만, 프린팅 장치는, 몸체(200)의 상부의 타측에 설치되고, 프린팅 영역(PA)에 위치한 작업 스테이지(310) 상에서 XY축으로 이동할 수 있는 프린팅 헤드를 구비하여, 조형 스테이지(310) 상에 도포된 분말층에 액상의 접착물질을 잉크젯 방식으로 분사할 수 있다.In addition, although not shown, the printing device is installed on the other side of the upper portion of the
아울러, 본 실시예에서는, 3차원 프린터(1000)가 바인더 젯 방식인 것을 예로 들었지만, 반드시 이에 국한되지 않고, 분말 소재(M)를 작업 테이블(310) 상에 도포한 후 프린팅을 진행해야 되는 다양한 3차원 프린팅 방식에서 사용될 수 있다. 예컨대, 3차원 프린터(1000)는, 선택적 레이저 소결(SLS) 방식일 수 있으며, 이에 따라, 분말 소재(M)는 금속 소재를 포함하는 소재이고, 상기 프린팅 장치는 레이저 조사 장치일 수도 있다.In addition, in this embodiment, although the three-
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상술한 3차원 프린터(1000)의 분말 공급 장치(100)는, 크게, 분말 호퍼(110)와, 진공 발생부(120)와, 분말 공급부(130)와, 호퍼 지지대(140)와, 분말 이송부(150) 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 2 and 3 , the powder supply device 100 of the above-described three-
예컨대, 분말 호퍼(110)는, 내부에 3차원 프린터용 분말 소재(M)가 저장될 수 있다. 더욱 구체적으로, 분말 호퍼(110)는, 상방의 적어도 일부분이 개방된 원통 형상이고, 하부의 적어도 일부분이 하방으로 갈수록 점점 그 단면적이 작아지는 역원뿔 형상으로 형성되어, 프레임 구조체인 호퍼 지지대(140)에 의해 지지될 수 있다.For example, the
또한, 진공 발생부(120)는, 분말 호퍼(110)의 일측에 설치되고, 외부로부터 분말 소재(M)를 진공으로 흡입하여 분말 호퍼(110)로 공급할 수 있다.In addition, the
더욱 구체적으로, 진공 발생부(120)는, 하방의 적어도 일부분이 개방된 통 형상으로 형성되어 분말 호퍼(110)의 상면에 설치되고, 내부에 진공 분위기를 형성하여 일측에 형성된 흡입구(121a)를 통해 외부로부터 분말 소재(M)를 진공으로 흡입하는 진공 발생기(121) 및 진공 발생기(121)의 하부에 회동가능하게 설치되고, 진공 발생기(121)로 흡입된 분말 소재(M)가 소정의 무게에 도달하면 회동하여 진공 발생기(121) 하방의 개방된 부분을 선택적으로 개방시키는 플랩 도어(122)를 포함할 수 있다.More specifically, the
예컨대, 진공 발생기(121)의 일측에 설치된 진공 펌프(미도시)로 진공 발생기(121) 내부의 공기를 계속해서 흡입하여 외부로 배출시키면, 진공 발생기(120)의 내부에 소정의 진공도를 가지는 진공 분위기가 형성될 수 있다. 이에 따라, 흡입구(121a)에 연결된 호스(Hose)로, 포대에 저장된 분말 소재(M)나, 작업 테이블(210)의 프린팅 영역(PA) 주변에 잔류하는 분말 소재(M)나, 분말 회수구(230)를 통해 회수되어 회수 탱크에 저장된 분말 소재(M) 등을 진공 발생기(121)의 내부로 흡입할 수 있다.For example, when the vacuum pump (not shown) installed on one side of the
이때, 진공 발생기(121)의 하부에 설치된 플랩 도어(122)는, 토션 스프링과 같은 탄성 부재에 의해 탄성 지지되어 진공 발생기(121) 하방의 개방된 부분을 폐쇄하고 있다가, 진공 발생기(121)로 흡입되어 저장된 분말 소재(M)가 소정의 무게에 도달하면 그 무게에 의해 하방으로 회동하여 진공 발생기(121) 하방의 개방된 부분을 개방시킴으로써, 진공 발생기(121)로 흡입된 분말 소재(M)를 분말 호퍼(110)로 공급할 수 있다. 이어서, 진공 발생기(121) 내부의 분말 소재(M)가 분말 호퍼(110)로 모두 낙하되면, 플랩 도어(122)는 다시 상방으로 회동하여 진공 발생기(121) 하방의 개방된 부분을 다시 폐쇄시킬 수 있다.At this time, the
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 분말 이송부(150)는, 원형의 관 형상으로 형성되어, 분말 호퍼(110)의 하단으로부터 분말 호퍼(110) 보다 높은 위치에 설치되는 후술될 분말 공급부(130)의 상단을 향해서 경사지게 설치되고, 내부에서 회전하는 이송 스크류(151)에 의해 분말 호퍼(110)의 하단으로 배출되는 분말 소재(M)를 분말 공급부(130)로 이송시킬 수 있다.2 and 3, the
이러한, 분말 이송부(150)는, 이송 스크류(151)에 의해 분말 소재(M)를 높은 위치로 이송시키는 것을 예로 들었지만, 반드시 도 2 및 도 3에 국한되지 않고, 분말 이송부(150)는 진공관으로써 진공을 이용하여 분말 소재(M)를 이송시킬 수도 있다.The
또한, 분말 이송부(150)는, 상기 제어부와 전기적으로 연결되어, 상기 제어부의 제어신호에 따라 이송 스크류(151)의 회전량과 회전속도 및 작동여부 등이 제어됨으로써, 이송되는 분말 소재(M)의 양이나 이송여부를 용이하게 조절할 수 있다.In addition, the
도 1 및 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 분말 공급부(130)는, 작업 테이블(210)의 상방에 선형으로 이동 가능하게 설치되고, 분말 이송부(150)를 통해 분말 호퍼(110)로부터 분말 소재를 공급받아, 작업 테이블(210)의 프린팅 영역(PA)의 일측에 선택적으로 분말 소재(M)를 낙하시킬 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 4 to 7 , the
더욱 구체적으로, 분말 공급부(130)는, 분말 이송부(150)로부터 이송된 분말 소재(M)를 수용할 수 있는 내부 공간(A)이 형성되어, 상부 일측에 분말 소재(M)가 공급되는 소재 공급구(131a)가 형성되고, 하부에 분말 소재(M)를 하방으로 도포할 수 있는 도포 슬릿이 형성되는 공급 챔버(131)와, 공급 챔버(131)의 내부 공간(A)에서 회전 가능하게 설치되고, 외경면에 나선형의 날개부(132a)가 형성되는 계량 스크류(132)와, 공급 챔버(131)의 상부 타측에 설치되어 내부 공간(A)에 수용된 분말 소재(M)를 감지하는 제 1 센서(134) 및 공급 챔버(131)의 하부에 설치되어 상기 도포 슬릿을 선택적으로 개방시키는 셔터부(133)를 포함할 수 있다.More specifically, the
또한, 셔터부(133)는, 상기 도포 슬릿이 형성된 공급 챔버(131)의 하면과 대응되는 형상으로 형성되어, 공급 챔버(131)의 하면에 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 셔터 몸체(133a)와, 셔터 몸체(133a)가 상기 도포 슬릿을 선택적으로 개방시킬 수 있도록, 셔터 몸체(133a)를 슬라이딩 구동시키는 구동 모터(133b) 및 공급 챔버(131)의 하면에 설치되어 셔터 몸체(133a)의 슬라이딩 이동 방향을 가이드 하는 가이드 부재(133c)를 포함할 수 있다.In addition, the
이러한, 분말 공급부(130)는, 상기 제어부와 전기적으로 연결되어, 상기 제어부의 제어신호에 따라 계량 스크류(132)의 회전량과 회전속도 및 회전방향 등이 제어되거나, 셔터부(133)의 셔터 몸체(133a)가 개방되는 시간 및 속도 등이 제어됨으로써, 작업 테이블(210)에 낙하되는 분말 소재(M)의 양을 용이하게 조절할 수 있다.The
더욱 구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제어부는, 분말 이송부(150)의 이송 스크류(151)를 회전시켜 공급 챔버(131)로 분말 소재(M)를 이송 시 또는 이송 후에, 소재 공급구(131a)를 통해서 낙하하여 내부 공간(A)의 일측으로 편중되게 적층된 분말 소재(M)가 내부 공간(A)에 일정한 높이로 고르게 형성될 수 있도록, 분말 공급부(130)의 계량 스크류(132)를 선택적으로 회전시킬 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 7 , the controller rotates the
예컨대, 상기 제어부가 분말 이송부(150)의 이송 스크류(151)를 회전시켜 분말 공급부(130)로 분말 소재(M)를 이송시키면 이송된 분말 소재(M)가 소재 공급구(131a)를 통해 공급 챔버(131)의 내부 공간(A)에 일측으로 낙하될 수 있다.For example, when the control unit rotates the
이와 같이, 계속해서 분말 소재(M)가 소재 공급부(131a)를 통해 낙하하면, 분말 소재(M)는 공급 챔버(131)의 내부 공간(A)의 일측으로 편중되게 적층됨으로써, 내부 공간(A) 내에서 분말 소재(M)의 높이가 일정하지 않게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부가 계량 스크류(132)를 구동하는 구동 모터(136)를 제어하여, 계량 스크류(132)를 선택적으로 회전시킴으로써, 분말 소재(M)가 내부 공간(A) 내에서 균일한 높이로 형성되도록 유도할 수 있다.In this way, if the powder material M continues to fall through the
더욱 구체적으로, 공급 챔버(131)의 상부 타측에 설치된 제 1 센서(134)는, 그 인근에 분말 소재(M)의 존재 여부를 감지할 수 있는 근접 센서가 적용될 경우, 공급 챔버(131)로 분말 소재(M)를 이송 시, 상기 제어부는, 이송 스크류(151) 및 계량 스크류(132)를 계속해서 회전시켜 분말 소재(M)가 공급 챔버(131)의 내부 공간(A)에 균일한 높이로 적층되도록 유도하고, 제 1 센서(134)가 분말 소재(M)를 감지하면 이송 스크류(151) 및 계량 스크류(132)의 회전을 정지시킴으로써, 분말 소재(M)가 공급 챔버(131)의 내부에 균일한 높이로 일정 수준으로 항시 유지되도록 수시로 보충할 수 있다.More specifically, the
또한, 본 발명의 다른 실시예의 분말 공급부(130)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 공급 챔버(131)의 상부 일측에 소재 공급구(131a) 인근에 설치되어 내부 공간(A)에 수용된 분말 소재(M)를 감지하는 제 2 센서(135)를 더 포함할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 8 , the
예컨대, 제 1 센서(134) 및 제 2 센서(135)는, 그 인근에 분말 소재(M)의 존재 여부를 감지할 수 있는 근접 센서이고, 상기 제어부는, 공급 챔버(131)로 분말 소재(M)를 이송 시, 제 1 센서(134)가 분말 소재(M)를 감지할 때까지 이송 스크류(151)를 회전시킨 후 제 1 센서(134)에서 분말 소재(M)가 감지되지 않을 때까지 계량 스크류(132)를 회전시키고, 제 1 센서(134)와 제 2 센서(135) 모두 상기 분말 소재(M)를 감지할 때까지 이를 반복할 수 있다.For example, the
더욱 구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제어부가 분말 이송부(150)의 이송 스크류(151)를 회전시켜 분말 공급부(130)로 분말 소재(M)를 이송시키면, 이송된 분말 소재(M)가 소재 공급구(131a)를 통해 공급 챔버(131)의 내부 공간(A)에 일측으로 낙하되고, 이를 제 1 센서(134)가 분말 소재(M)를 감지할 때까지 실시할 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 8 , when the control unit rotates the
이어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제어부가 계량 스크류(132)를 회전시켜 내부 공간(A)의 일측으로 편중되게 적층된 분말 소재(M)의 일부를 타측으로 이동시켜 내부 공간(A)에서 분말 소재(M)가 균일한 높이로 형성되도록 하고, 이를 제 1 센서(134)가 분말 소재(M)를 감지하지 않을 때까지 또는 계량 스크류(132)의 회전 수 가 사전에 설정된 소정의 회전 수가 될 때까지 실시할 수 있다.Then, as shown in FIG. 9, the control unit rotates the
이어서, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상술한 과정을 반복하면서 분말 소재(M)가 공급 챔버(131)의 내부에 균일한 높이로 일정 수준으로 항시 유지되도록 수시로 보충할 수 있다. 이러한 과정은, 도 11에 도시된 바와 같이, 제 1 센서(134)와 제 2 센서(135) 모두 분말 소재(M)를 감지할 때까지 반복될 수 있다.Subsequently, as shown in FIGS. 10 and 11 , the powder material M may be frequently replenished so that it is always maintained at a constant level at a uniform height in the interior of the
또한, 본 발명의 또 다른 실시예의 분말 공급부(130)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 제 1 센서(134) 및 제 2 센서(135)는, 공급 챔버(131)의 상부로부터 내부 공간(A)에 적층된 분말 소재(M)까지의 거리를 감지하는 거리 센서이고, 상기 제어부는, 공급 챔버(131)로 분말 소재(M)를 이송 시, 제 1 센서(134)에서 감지하는 제 1 거리(d2)와 제 2 센서(135)에서 감지하는 제 2 거리(d1)의 차이가 소정의 편차 이하로 진입할 때까지 계량 스크류(132)의 정회전과 역회전을 반복하고, 제 1 거리(d2) 및 제 2 거리(d1) 중 적어도 어느 하나가 사전에 설정한 소정의 거리에 도달하면 이송 스크류(151) 및 계량 스크류(132)의 회전을 정지시킬 수 있다.In addition, in the
더욱 구체적으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제어부가 분말 이송부(150)의 이송 스크류(151)를 회전시켜 분말 공급부(130)로 분말 소재(M)를 이송시키면, 이송된 분말 소재(M)가 소재 공급구(131a)를 통해 공급 챔버(131)의 내부 공간(A)에 일측으로 편중되게 낙하됨으로써, 제 1 센서(134)가 감지하는 제 1 거리(d2)와 제 2 센서(135)가 감지하는 제 2 거리(d1)의 편차가 크게 발생할 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 12 , when the control unit rotates the
이어서, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제어부가 계량 스크류(132)를 정회전과 역회전을 반복하도록 구동시키면 공급 챔버(131)의 내부 공간(A)에서 분말 소재(M)가 좌우로 번갈아가며 이동되면서, 내부 공간(A)에서 분말 소재(M)가 균일한 높이로 형성되도록 유도될 수 있으며, 이를 제 1 센서(134)에서 감지하는 제 1 거리(d2)와 제 2 센서(135)에서 감지하는 제 2 거리(d1)가 사전에 설정된 소정의 편차 이하로 진입할 때까지 실시할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 13 , when the control unit drives the
이와 같은 과정은, 상기 제 1 거리(d2) 및 상기 제 2 거리(d1) 중 적어도 어느 하나가 사전에 설정한 소정의 거리에 도달할 때까지 실시할 수 있으며, 상기 소정의 거리는, 분말 소재(M)가 공급 챔버(131)의 내부 공간(A)에 목표치 만큼 보충되었을 때의 센서(134, 135)와 분말 소재(M) 간의 거리일 수 있다. 이때, 도 12 및 도 13에 도시된 각 동작 과정은 동시에 실시되거나 서로 번갈아 가면서 별도로 실시될 수도 있다.Such a process may be carried out until at least one of the first distance d2 and the second distance d1 reaches a predetermined distance set in advance, and the predetermined distance is a powder material ( M) may be a distance between the
상술한, 분말 공급부(130)의 여러 실시예들에 따라, 분말 소재(M)는 공급 챔버(131)의 내부 공간(A)에 균일한 높이로 일정한 양이 항시 보충되어 있을 수 있으며, 상기 제어부가 셔터부(133)의 구동 모터(133b)를 제어하여 셔터 몸체(133a)를 슬라이딩 구동시켜 공급 챔버(131) 하면의 상기 도포 슬릿을 개방시킴으로써, 공급 챔버(131)의 내부 공간(A)에 저장된 분말 소재(M)를 작업 테이블(210)의 프린팅 영역(PA)의 일측에 낙하시킬 수 있다.According to various embodiments of the above-described
이때, 상기 제어부는, 셔터부(133)의 구동 모터(133b)를 제어하여 셔터 몸체(133a)가 상기 도포 슬릿을 개방하는 시간이나 속도를 제어하여, 분말 공급부(130)가 분말 소재(M)를 낙하시키는 양을 정밀하게 조절할 수 있다.At this time, the control unit controls the driving
따라서, 본 발명의 여러 실시예에 따른 분말 공급 장치(100) 및 이를 포함하는 3차원 프린터(1000)는, 이송 스크류(151)가 내장된 분말 이송부(150)를 통해 지면과 가까운 낮은 위치에 위치하여 분말 소재(M)를 저장하고 있는 분말 호퍼(110)로부터, 대형화된 3차원 프린터(1000)에서 작업 테이블(210) 상부의 높은 곳에 위치한 분말 공급부(130)로 분말 소재(M)를 자동으로 용이하게 공급할 수 있다. 또한, 분말 공급부(130)에 분말 소재(M)가 일정 수준 이상으로 항시 존재할 수 있도록 수시로 분말 소재(M)를 보충함으로써, 분말 소재(M) 보충을 위한 공정 중단을 방지하여 3차원 프린팅 공정의 효율을 증가시킬 수 있다.Accordingly, the powder supply apparatus 100 and the
또한, 수시로 보충되는 분말 소재(M)가 분말 공급부(130)의 내부 공간(A)에 설치된 계량 스크류(132)에 의해 분말 공급부(130)의 내부 공간(A)에 일정한 높이로 고르게 형성되도록 교반 및 계량함으로써, 분말 공급부(130)를 통해 작업 테이블(210)의 프린팅 영역(PA)으로 낙하되는 분말 소재(M)의 양을 정밀하고 일정하게 유지하여, 리코터 장치(400)에 의해 프린팅 영역(PA) 상에 분말 소재(M)가 고른 밀도로 균일하게 퍼지도록 유도할 수 있다. 그러므로, 3차원 프린터(1000)에서 조형되는 입체 조형물의 정밀도 및 강도를 증가시킬 수 있고, 3차원 프린팅 공정의 전체적인 효율을 증가시키는 효과를 가질 수 있다.In addition, the powder material (M), which is frequently replenished from time to time, is stirred so that it is evenly formed in the inner space (A) of the
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
100: 분말 공급 장치
110: 분말 호퍼
120: 진공 발생부
121: 진공 발생기
122: 플랩 도어
130: 분말 공급부
131: 공급 챔버
132: 계량 스크류
133: 셔터부
134: 제 1 센서
135: 제 2 센서
140: 호퍼 지지대
150: 분말 이송부
151: 이송 스크류
200: 프레임 몸체
210: 작업 테이블
210: 작업 테이블
220: 조형 박스 수납부
230: 분말 회수구
300: 조형 박스
310: 조형 스테이지
400: 리코터 장치
1000: 3차원 프린터
M: 분말 소재
PA: 프린팅 영역100: powder feeding device
110: powder hopper
120: vacuum generator
121: vacuum generator
122: flap door
130: powder supply unit
131: supply chamber
132: metering screw
133: shutter unit
134: first sensor
135: second sensor
140: hopper support
150: powder transfer unit
151: feed screw
200: frame body
210: work table
210: work table
220: modeling box storage unit
230: powder recovery port
300: modeling box
310: modeling stage
400: recoater device
1000: 3D printer
M: powder material
PA: printing area
Claims (10)
상기 분말 호퍼의 일측에 설치되고, 외부로부터 상기 분말 소재를 진공으로 흡입하여 상기 분말 호퍼로 공급하는 진공 발생부;
3차원 프린터의 작업 테이블의 상방에 선형으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 분말 호퍼로부터 상기 분말 소재를 공급받아 상기 작업 테이블의 프린팅 영역의 일측에 선택적으로 상기 분말 소재를 낙하시키는 분말 공급부;
관 형상으로 형성되어, 상기 분말 호퍼의 하단으로부터 상기 분말 호퍼 보다 높은 위치에 설치되는 상기 분말 공급부의 상단을 향해서 경사지게 설치되고, 내부에서 회전하는 이송 스크류에 의해 상기 분말 호퍼의 하단으로 배출되는 상기 분말 소재를 상기 분말 공급부로 이송시키는 분말 이송부; 및
상기 분말 이송부에 의해 상기 분말 공급부로 이송되는 상기 분말 소재의 양 및 상기 분말 공급부를 통해 상기 작업 테이블에 낙하되는 상기 분말 소재의 양을 조절할 수 있도록, 상기 분말 이송부 및 상기 분말 공급부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 분말 공급부는,
상기 분말 이송부로부터 이송된 상기 분말 소재를 수용할 수 있는 내부 공간이 형성되어, 상부 일측에 상기 분말 소재가 공급되는 소재 공급구가 형성되고, 하부에 상기 분말 소재를 하방으로 도포할 수 있는 도포 슬릿이 형성되는 공급 챔버;
상기 공급 챔버의 상기 내부 공간에서 회전 가능하게 설치되고, 외경면에 나선형의 날개부가 형성되는 계량 스크류;
상기 공급 챔버의 상부 타측에 설치되어 상기 내부 공간에 수용된 상기 분말 소재를 감지하는 제 1 센서; 및
상기 공급 챔버의 하부에 설치되어 상기 도포 슬릿을 선택적으로 개방시키는 셔터부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 분말 이송부의 상기 이송 스크류를 회전시켜 상기 공급 챔버로 상기 분말 소재를 이송 시 또는 이송 후에, 상기 소재 공급구를 통해서 낙하하여 상기 내부 공간의 일측으로 편중되게 적층된 상기 분말 소재가 상기 내부 공간에 일정한 높이로 고르게 형성될 수 있도록, 상기 제 1 센서가 감지하는 상기 내부 공간의 타측의 상기 분말 소재의 존재 여부 또는 상기 내부 공간의 타측에 적층된 상기 분말 소재까지의 거리에 따라 상기 분말 공급부의 상기 계량 스크류를 선택적으로 회전시키는, 3차원 프린터의 분말 공급 장치.a powder hopper in which a powder material for a 3D printer is stored;
a vacuum generator installed on one side of the powder hopper, sucking the powder material from the outside in a vacuum and supplying it to the powder hopper;
a powder supply unit installed movably linearly above the work table of the 3D printer, receiving the powder material from the powder hopper and selectively dropping the powder material to one side of the printing area of the work table;
The powder is formed in a tubular shape, is inclined from the lower end of the powder hopper toward the upper end of the powder supply unit installed at a higher position than the powder hopper, and is discharged to the lower end of the powder hopper by a feed screw rotating inside. a powder transfer unit for transferring the material to the powder supply unit; and
a control unit for controlling the powder transfer unit and the powder supply unit to adjust the amount of the powder material transferred to the powder supply unit by the powder transfer unit and the amount of the powder material falling to the work table through the powder supply unit; including,
The powder supply unit,
An inner space capable of accommodating the powder material transferred from the powder transfer unit is formed, a material supply port through which the powder material is supplied is formed on one upper side, and an application slit capable of applying the powder material downwardly at the lower side a supply chamber in which it is formed;
a metering screw rotatably installed in the inner space of the supply chamber and having a spiral wing portion formed on an outer diameter surface;
a first sensor installed on the other upper side of the supply chamber to detect the powder material accommodated in the inner space; and
and a shutter part installed in the lower part of the supply chamber to selectively open the application slit;
The control unit is
When or after transferring the powder material to the supply chamber by rotating the transfer screw of the powder transfer unit, the powder material, which falls through the material supply port and is stacked on one side of the inner space, is concentrated in the inner space. To be evenly formed at a constant height, the powder supply unit according to the presence or absence of the powder material on the other side of the inner space sensed by the first sensor or the distance to the powder material stacked on the other side of the inner space A powder feeding device for a 3D printer that selectively rotates a metering screw.
상기 진공 발생부는,
하방의 적어도 일부분이 개방된 통 형상으로 형성되어 상기 분말 호퍼의 상면에 설치되고, 내부에 진공 분위기를 형성하여 일측에 형성된 흡입구를 통해 외부로부터 상기 분말 소재를 진공으로 흡입하는 진공 발생기; 및
상기 진공 발생기의 하부에 회동가능하게 설치되고, 상기 진공 발생기로 흡입된 상기 분말 소재가 소정의 무게에 도달하면 회동하여 상기 진공 발생기 하방의 개방된 부분을 선택적으로 개방시키는 플랩 도어;
를 포함하는, 3차원 프린터의 분말 공급 장치.The method of claim 1,
The vacuum generator,
a vacuum generator in which at least a portion of the lower portion is formed in an open cylindrical shape, is installed on the upper surface of the powder hopper, and vacuums the powder material from the outside through a suction port formed on one side by forming a vacuum atmosphere therein; and
a flap door that is rotatably installed at a lower portion of the vacuum generator and rotates when the powder material sucked into the vacuum generator reaches a predetermined weight to selectively open an open portion below the vacuum generator;
Containing, the powder supply device of the three-dimensional printer.
상기 제 1 센서는,
그 인근에 상기 분말 소재의 존재 여부를 감지할 수 있는 근접 센서이고,
상기 제어부는,
상기 공급 챔버로 상기 분말 소재를 이송 시, 상기 이송 스크류 및 상기 계량 스크류를 계속해서 회전시키고, 상기 제 1 센서가 상기 분말 소재를 감지하면 상기 이송 스크류 및 상기 계량 스크류의 회전을 정지시키는, 3차원 프린터의 분말 공급 장치.The method of claim 1,
The first sensor is
It is a proximity sensor that can detect the presence of the powder material nearby,
The control unit is
When the powder material is transferred to the supply chamber, the transfer screw and the metering screw are continuously rotated, and when the first sensor detects the powder material, the rotation of the transfer screw and the metering screw is stopped. The printer's powder feeder.
상기 분말 공급부는,
상기 공급 챔버의 상부 일측에 상기 소재 공급구 인근에 설치되어 상기 내부 공간에 수용된 상기 분말 소재를 감지하는 제 2 센서;
를 더 포함하는, 3차원 프린터의 분말 공급 장치.The method of claim 1,
The powder supply unit,
a second sensor installed near the material supply port on one upper side of the supply chamber to detect the powder material accommodated in the inner space;
Further comprising, the powder supply device of the three-dimensional printer.
상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서는,
그 인근에 상기 분말 소재의 존재 여부를 감지할 수 있는 근접 센서이고,
상기 제어부는,
상기 공급 챔버로 상기 분말 소재를 이송 시, 상기 제 1 센서가 상기 분말 소재를 감지할 때까지 상기 이송 스크류를 회전시킨 후 상기 제 1 센서에서 상기 분말 소재가 감지되지 않을 때까지 상기 계량 스크류를 회전시키고, 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서 모두 상기 분말 소재를 감지할 때까지 이를 반복하는, 3차원 프린터의 분말 공급 장치.7. The method of claim 6,
The first sensor and the second sensor,
It is a proximity sensor that can detect the presence of the powder material nearby,
The control unit is
When transferring the powder material to the supply chamber, rotate the conveying screw until the first sensor detects the powder material, and then rotate the metering screw until the powder material is not detected by the first sensor and repeating this until both the first sensor and the second sensor detect the powder material.
상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서는,
상기 공급 챔버의 상부로부터 상기 내부 공간에 적층된 상기 분말 소재까지의 거리를 감지하는 거리 센서이고,
상기 제어부는,
상기 공급 챔버로 상기 분말 소재를 이송 시, 상기 제 1 센서에서 감지하는 제 1 거리와 상기 제 2 센서에서 감지하는 제 2 거리의 차이가 소정의 편차 이하로 진입할 때까지 상기 계량 스크류의 정회전과 역회전을 반복하고, 상기 제 1 거리 및 상기 제 2 거리 중 적어도 어느 하나가 사전에 설정한 소정의 거리에 도달하면 상기 이송 스크류 및 상기 계량 스크류의 회전을 정지시키는, 3차원 프린터의 분말 공급 장치.7. The method of claim 6,
The first sensor and the second sensor,
It is a distance sensor for detecting the distance from the upper portion of the supply chamber to the powder material stacked in the inner space,
The control unit is
When transferring the powder material to the supply chamber, forward rotation of the metering screw until the difference between the first distance detected by the first sensor and the second distance detected by the second sensor enters a predetermined deviation or less and reverse rotation, and when at least one of the first distance and the second distance reaches a predetermined distance, the rotation of the conveying screw and the metering screw is stopped. Device.
상기 셔터부는,
상기 도포 슬릿이 형성된 상기 공급 챔버의 하면과 대응되는 형상으로 형성되어, 상기 공급 챔버의 하면에 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 셔터 몸체;
상기 셔터 몸체가 상기 도포 슬릿을 선택적으로 개방시킬 수 있도록, 상기 셔터 몸체를 슬라이딩 구동시키는 구동 모터; 및
상기 공급 챔버의 하면에 설치되어 상기 셔터 몸체의 슬라이딩 이동 방향을 가이드 하는 가이드 부재;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 분말 공급부가 상기 분말 소재를 낙하시키는 양을 조절할 수 있도록, 상기 구동 모터를 제어하여 상기 셔터 몸체가 상기 도포 슬릿을 개방하는 시간을 제어하는, 3차원 프린터의 분말 공급 장치.The method of claim 1,
The shutter unit,
a shutter body formed in a shape corresponding to the lower surface of the supply chamber in which the application slit is formed and slidably installed on the lower surface of the supply chamber;
a driving motor for slidingly driving the shutter body so that the shutter body selectively opens the application slit; and
and a guide member installed on the lower surface of the supply chamber to guide the sliding movement direction of the shutter body;
The control unit is
The powder supply device of a three-dimensional printer, which controls the time for the shutter body to open the application slit by controlling the driving motor so that the powder supply unit can control the amount of dropping the powder material.
상기 입체 조형물을 조형할 수 있는 프린팅 영역이 형성되는 작업 테이블을 상면에 지지하고, 상기 프린팅 영역과 대응되는 위치에 상기 조형 박스가 수납되는 조형 박스 수납부가 형성되는 프레임 몸체;
적어도 일부분이 상기 프레임 몸체의 상부의 일측에 설치되어 상기 작업 테이블의 상기 프린팅 영역의 일측에 선택적으로 분말 소재를 낙하시키는 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 분말 공급 장치;
상기 프레임 몸체의 상부에 상기 분말 공급 장치 인근에 설치되어 상기 작업 테이블의 상방에 선형으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 프린팅 영역의 일측에 낙하된 상기 분말 소재를 상기 조형 스테이지 상에 균일한 높이로 가압하여 도포하는 리코터 장치; 및
상기 프레임 몸체의 상부의 타측에 설치되어 상기 조형 스테이지 상에 도포된 분말층에 접착물질을 잉크젯 방식으로 분사하는 프린팅 장치;
를 포함하는, 3차원 프린터.The powder material is accommodated to form a box shape with an open top so that a modeling space in which a three-dimensional object can be molded can be formed. A modeling box including a modeling stage stacked in layers to be molded;
a frame body in which a modeling box accommodating part for accommodating the modeling box is formed in a position corresponding to the printing area, the frame body supporting a work table on which a printing area for molding the three-dimensional object is formed;
Claims 1, 2, 5, 6, 7, wherein at least a portion is installed on one side of the upper portion of the frame body to selectively drop a powder material to one side of the printing area of the work table; 10. A powder feeding device according to any one of claims 8 and 9;
It is installed near the powder supply device on the upper part of the frame body and is installed to be movable linearly above the work table, and pressurizes the powder material dropped to one side of the printing area to a uniform height on the molding stage. a recoater device for applying; and
a printing device installed on the other side of the upper portion of the frame body and spraying an adhesive material onto the powder layer applied on the molding stage by an inkjet method;
Including, 3D printer.
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---|---|---|---|
KR1020200178653A KR102363741B1 (en) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | Powder supply device and 3D printer including same |
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- 2020-12-18 KR KR1020200178653A patent/KR102363741B1/en active IP Right Grant
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