KR102372125B1 - 바인더 젯 3d프린터 - Google Patents

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KR102372125B1
KR102372125B1 KR1020200155943A KR20200155943A KR102372125B1 KR 102372125 B1 KR102372125 B1 KR 102372125B1 KR 1020200155943 A KR1020200155943 A KR 1020200155943A KR 20200155943 A KR20200155943 A KR 20200155943A KR 102372125 B1 KR102372125 B1 KR 102372125B1
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binder
cleaning
cleaning solution
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배성우
김해정
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주식회사 에스에프에스
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Abstract

바인더 젯 3D프린터가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터는, 상방이 개방된 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간에서 승하강 가능하게 마련되며 파우더가 프린팅부로부터 분사되는 바인더에 의해 복수의 레이어로 적층되는 조형 스테이지를 포함하는 조형 챔버; 호퍼로부터 공급된 파우더를 상기 조형 스테이지 상에 도포하는 파우더 도포 장치; 상기 파우더 도포 장치의 도포방향을 따라 상기 조형 챔버의 전방에 배치되며, 상기 파우더 도포 장치가 도포 후 남은 잔여 파우더가 회수되는 파우더 회수부; 및 와이핑부를 포함하는 헤드 클리닝부 및 모듈 클리닝부를 포함하며, 상기 프린팅부를 클리닝하는 메인터넌스부를 포함하며, 상기 와이핑부는, 내부에 제2클리닝 용액이 저장되며 유입공과 배출공이 형성되는 수조와, 일면에 와이퍼가 장착되어 상기 와이퍼가 상기 제2클리닝 용액에 침지되되, 와이핑 시 상기 와이퍼 위로 상기 프린팅부가 왕복운동되도록 회전되는 와이퍼 구동부 및 상기 제2클리닝 용액을 상기 유입공을 통해 상기 수조로 일정량 지속적으로 공급하는 용액 공급부를 포함하며, 상기 모듈 클리닝부는, 바인더가 저장되는 바인더 챔버와, 제1클리닝 용액이 저장되는 제1클리닝 용액 챔버와, 프린팅 헤드 모듈 측으로 상기 바인더가 공급되는 제1라인과, 상기 프린팅 헤드 모듈 측으로 상기 제1클리닝 용액이 공급되는 제2라인 및 상기 제1라인과 상기 제2라인에 배치되며 선택적으로 개폐되는 밸브를 포함한다.

Description

바인더 젯 3D프린터{BINDER JET 3D PRINTER}
본 발명은 3D프린터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바인더 젯 3D프린터에 관한 것이다.
일반적으로 3D 프린터는 3차원 도면을 기반으로 3차원 공간에 인쇄하듯이 물품을 만들어내는 프린터를 의미한다. 3D 프린터는 개발 초기에 플라스틱 소재를 이용한 제한적 용도로 사용되었지만, 최근에는 금속, 세라믹, 나일론 등의 분말을 소재로 이용함으로써 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, Selective Laser Sintering) 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 챔버의 조형 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.
바인더 젯 3D 프린터는 프린팅 과정에서 프린팅 헤드의 노즐에 달라붙은 미세 분말과 같은 이물질에 의해 노즐이 막히거나 노즐로 분사되는 액상 재료의 토출량이 달라져, 3D 프린터에서 조형되는 입체 조형물의 정밀도가 떨어지거나 강도가 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 바인더를 교체하는 등 프린팅 헤드 모듈의 세척이 필요한 경우 프린팅 헤드 모듈로부터 프린팅 헤드를 분리해내어 세척을 해야만 하며, 공정이 매우 번거롭고 깨끗하게 세척되지 않는 문제점이 있다.
또한, 조형 스테이지 상에 도포되고 남은 잔여 파우더를 회수하는 과정에서 분진이 많이 발생되고, 이 분진이 프린팅 헤드 노즐 등의 구성에 달라붙어 상술한 문제점이 보다 자주 발생되어 개선이 요구되는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-2051854호(2019.11.28. 등록) "3차원 프린터의 프린팅 헤드 클리닝 장치 및 클리닝 방법" 대한민국 등록특허 제10-2084893호(2020.02.27. 등록) "파우더 클리닝 장치를 가지는 3D프린터" 미국 등록특허 제10821734호(2020.11.03.등록) "Coloring nozzle cleaning assembly"
본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터는, 프린팅 헤드 모듈 내부를 용이하면서도 깨끗이 클리닝 할 수 있는 바인더 젯 3D프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터는, 프린팅 헤드를 용이하면서도 깨끗이 클리닝 할 수 있는 바인더 젯 3D프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터는, 파우더 도포 장치에 의해 조형 스테이지에 도포된 후 남는 잔여 파우더를 회수 시, 회수통으로 낙하되는 파우더가 비산되는 것을 방지할 수 있는 바인더 젯 3D프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터는, 상방이 개방된 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간에서 승하강 가능하게 마련되며 파우더가 프린팅부로부터 분사되는 바인더에 의해 복수의 레이어로 적층되는 조형 스테이지를 포함하는 조형 챔버; 호퍼로부터 공급된 파우더를 상기 조형 스테이지 상에 도포하는 파우더 도포 장치; 상기 파우더 도포 장치의 도포방향을 따라 상기 조형 챔버의 전방에 배치되며, 상기 파우더 도포 장치가 도포 후 남은 잔여 파우더가 회수되는 파우더 회수부; 및 와이핑부를 포함하는 헤드 클리닝부 및 모듈 클리닝부를 포함하며, 상기 프린팅부를 클리닝하는 메인터넌스부를 포함하며, 상기 와이핑부는, 내부에 제2클리닝 용액이 저장되며 유입공과 배출공이 형성되는 수조와, 일면에 와이퍼가 장착되어 상기 와이퍼가 상기 제2클리닝 용액에 침지되되, 와이핑 시 상기 와이퍼 위로 상기 프린팅부가 왕복운동되도록 회전되는 와이퍼 구동부 및 상기 제2클리닝 용액을 상기 유입공을 통해 상기 수조로 일정량 지속적으로 공급하는 용액 공급부를 포함하며, 상기 모듈 클리닝부는, 바인더가 저장되는 바인더 챔버와, 제1클리닝 용액이 저장되는 제1클리닝 용액 챔버와, 프린팅 헤드 모듈 측으로 상기 바인더가 공급되는 제1라인과, 상기 프린팅 헤드 모듈 측으로 상기 제1클리닝 용액이 공급되는 제2라인 및 상기 제1라인과 상기 제2라인에 배치되며 선택적으로 개폐되는 밸브를 포함한다.
삭제
또한, 상기 배출공은 상기 유입공보다 상방에 형성될 수 있다.
또한, 상기 헤드 클리닝부는 파킹부를 포함하며, 상기 파킹부는, 상방이 개방된 패킹박스와, 상기 패킹박스에 승하강 가능하게 배치되며 상승시 상기 프린팅 헤드의 표면과 밀착되는 패킹커버와, 제3클리닝 용액을 상기 패킹커버로 공급하는 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터는, 상방이 개방된 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간에서 승하강 가능하게 마련되며 파우더가 프린팅부로부터 분사되는 바인더에 의해 복수의 레이어로 적층되는 조형 스테이지를 포함하는 조형 챔버; 호퍼로부터 공급된 파우더를 상기 조형 스테이지 상에 도포하는 파우더 도포 장치; 상기 파우더 도포 장치의 도포방향을 따라 상기 조형 챔버의 전방에 배치되며, 상기 파우더 도포 장치가 도포 후 남은 잔여 파우더가 회수되는 파우더 회수부; 및 상기 프린팅부를 클리닝하는 메인터넌스부를 포함하며, 상기 파우더 회수부는, 상기 조형 챔버의 전면에 장착되며 상면이 개방된 회수통과, 일단이 상기 회수통의 내측면에 장착되며 타단은 상기 내측면의 대향면과 이격되고, 하방으로 경사를 경성하는 가이드부 및 상기 가이드부의 하방에 장착되며 일단은 상기 회수통의 내측면에 장착되고 타단은 상기 대향면에 밀착되되 상면에 쌓인 상기 파우더의 무게에 의해 상기 타단의 위치가 변경되어 상기 파우더가 상기 회수통으로 낙하되며, 복귀되어 상기 타단이 상기 대향면에 밀착되는 탄성부를 포함한다.
삭제
또한, 상기 탄성부는 고무재질의 판으로 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 프린팅 헤드 모듈 내부를 용이하면서도 깨끗이 클리닝 할 수 있는 바인더 젯 3D프린터가 제공된다.
이 때, 밸브의 선택적 작동을 통해서, 프린팅 헤드 모듈 내부로 바인더와 클리닝 용액을 선택적으로 공급할 수 있어, 프린팅 및 클리닝 작동의 교체가 용이하다.
이 때, 프린팅 헤드 모듈 내부에 직접 클리닝 용액을 공급하여 클리닝 함으로써 클리닝 결과가 매우 우수하며 프린팅 헤드 모듈 및 프린팅 헤드의 기대수명이 대폭 향상된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 프린팅 헤드를 용이하면서도 깨끗이 클리닝 할 수 있는 바인더 젯 3D프린터가 제공된다.
이 때, 프린팅 헤드 표면의 패킹 시 자동으로 패킹이 가능하며, 와이핑 시에도 클리닝 용액의 교체가 자동으로 이루어져, 편리하면서도 신속하게 프린티 헤드 표면을 클리닝할 수 있다.
또한, 패킹커버가 지속적으로 클리닝 용액을 공급받은 상태에서 프린팅 헤드를 패킹하므로, 프린팅 헤드 표면의 건조가 방지된다.
또한, 와이퍼가 침지된 수조에 클리닝 용액이 일정 수위를 지속적으로 유지하며 교체됨으로써, 와이핑 공정이 간단해지면서도 깨끗하게 프린팅 헤드를 클리닝할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 파우더 도포 장치에 의해 조형 스테이지에 도포된 후 잔여 파우더를 회수 시, 회수통으로 낙하되는 파우더가 비산되는 것을 방지할 수 있는 바인더 젯 3D프린터가 제공된다.
또한, 회수통의 깊이가 깊은 경우에도 비교적 간단한 구조를 통해 파우더가 회수통으로 낙하 시 비산되는 것이 방지된다.
또한, 회수 시 파우더가 비산되지 않아 프린팅 헤드와 같은 다른 구성이 파우더로 인해 오염되는 것이 방지된다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 요부사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 메인터넌스부의 개략적인 장치도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 모듈 클리닝부의 작동 설명도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 헤드 클리닝부의 개략적인 사시도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 파킹부의 설명도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 퍼징부의 설명도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 와이핑부의 설명도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 테스트부의 설명도
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 파우더 회수부의 설명도
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 파우더 회수부의 작동 설명도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 이에 대해 상세한 설명에 상세하게 설명한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
설명에 앞서 상세한 설명에 기재된 용어에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터는, 프린팅 헤드 모듈 내부와 프린팅 헤드를 용이하면서도 깨끗이 클리닝 할 수 있으며, 파우더 도포 장치에 의해 조형 스테이지에 도포된 후 남는 잔여 파우더를 회수 시, 회수통으로 낙하되는 파우더가 비산되는 것을 방지할 수 있는 바인더 젯 3D프린터에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 요부사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터(1000)는, 파우더 도포 장치(100)와, 조형 챔버(200)와, 프린팅부(300)와, 메인터넌스부(400) 및 파우더 회수부(500)를 포함한다.
본 실시예에서 파우더 도포 장치(100)와, 조형 챔버(200)와, 프린팅부(300)와, 메인터넌스부(400) 및 파우더 회수부(500)는 전체적인 틀을 형성하는 프레임(미도시) 상에 설치될 수 있다. 프레임(미도시)은 내부에 조형 챔버(200)가 수납되는 조형 챔버 수납부(10)가 형성되고, 상면에 안착되는 작업 테이블(20) 상에 파우더 도포 장치(100)와 프린팅부(300)가 설치되는 구조체일 수 있다. 작업 테이블(20)은 조형 챔버 수납부(10)와 대응되는 위치에 조형 챔버(200) 상면의 형상과 대응되는 형상의 개구부가 형성된다. 그리고 개구부의 양측에 제1,2LM가이드가 설치되어 파우더 도포 장치(100) 및 프린팅부(300)를 간접적으로 지지하는 이송LM가이드를 전후방측으로 이송 가능하게 지지한다.
파우더 도포 장치(100)는 호퍼(110)와, 리코터(120)를 포함한다.
호퍼(110)는 내부에 저장된 파우더를 리코터(120) 측으로 공급하며, 리코터(120)는 호퍼(110)로부터 파우더를 공급받아 일방향으로 이동하면서 작업 테이블(20) 상면 및 조형 스테이지(210) 상에 도포하고, 역방향으로 이동하면서 파우더를 균일한 높이로 평탄화한다. 본 실시예에서 리코터(120)는 롤러 타입으로 도시되었으나, 블레이드 타입으로도 마련될 수 있음은 물론이다. 호퍼(110)와 리코터(120)는 공지된 구성이므로 자세한 설명은 생략한다.
조형 챔버(200)는 조형 챔버 수납부(10)에 수납되며, 상방이 개방된 박스 형상으로 마련됨으로써 파우더가 수용되어 입체 조형물이 조형되는 내부공간이 형성된다. 조형 챔버(200)는 조형 챔버 수납부(10)에 레일 타입으로 장착되어 수납되거나 배출될 수 있다. 프레임(미도시)의 개구부는 조형 챔버(200)의 상면 형상과 대응되는 형상으로 마련되어 조형 챔버(200)가 조형 챔버 수납부(10)에 수납되면 상방이 개구된 상태가 된다.
조형 챔버(200) 내부에는 조형 스테이지(210)가 수용된다. 조형 스테이지(210)는 조형 챔버(200) 내부에 승하강 가능하게 마련된다. 조형 스테이지(210)는 초기에 작업 테이블(20)의 개구부와 편평한 높이만큼 상승되어 있다가, 파우더 도포 장치(100) 및 프린팅부(300)에 의하여 파우더와 바인더가 교번으로 적층됨에 따라 하강되며, 나중에는 조형 챔버(200) 내부에 많은 양의 파우더가 쌓이게 된다.
조형 스테이지(210) 상에서, 파우더가 프린팅부(300)로부터 분사되는 바인더에 의해 입체 조형물의 단면층을 이루는 복수의 레이어로 적층되어 최종적으로 입체 조형물이 조형되는 바, 입체 조형물의 우수한 정밀도 등을 위해 조형 챔버(200)의 얼라인과 조형 챔버(200) 내부의 밀폐구조가 중요하다. 다만, 조형 챔버(200)와 조형 스테이지(210) 등은 공지된 구성이므로 자세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 메인터넌스부의 개략적인 장치도이다.
메인터넌스부(400)는 프린팅부(300)를 클리닝하는 구성이다. 본 실시예에서 메인터넌스부(400)는 모듈 클리닝부(410)와 헤드 클리닝부(420)를 포함한다.
프린팅부(300)는 프린팅 헤드 모듈(310)과 프린팅 헤드(320)를 포함한다. 프린팅 헤드 모듈(310)은 후술하는 바인더 챔버(411)로부터 바인더를 공급받아 프린팅 헤드(320)로 전달하는 구성이며, 프린팅 헤드(320)는 표면의 노즐로부터 바인더를 분사하는 구성이다.
바인더 챔버(411)로부터 바인더를 공급할 때 공압을 이용하여 공급하는데, 직접적으로 프린팅 헤드(320)로 공급하게 되면 공압의 변동, 공기 등에 의해 일정량으로 공급되기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 프린팅 헤드 모듈(310) 내에 레저버(reservior)를 두어 바인더가 임시저장된 뒤 프린팅 헤드(320)로 공급되도록 하여 일종의 버퍼 역할을 하도록 함으로써 일정량을 공급할 수 있다. 또한, 프린팅 헤드 모듈(310) 내에는 프린팅 헤드(320)를 제어할 수 있는 기판, 프린팅 헤드(320)로 바인더를 공급하기 위한 펌프 등이 배치될 수 있다. 프린팅 헤드 모듈(310)과 프린팅 헤드(320)는 튜브(330) 등의 구성을 통해 연결되어 레저버 내부의 바인더가 프린팅 헤드(320)로 공급될 수 있다. 이 때, 주기적인 세정이나 바인더를 다른 종류로 교체하는 등 프린팅 헤드 모듈(310) 내부의 클리닝이 요구된다.
모듈 클리닝부(410)는 프린팅 헤드 모듈(310) 내부를 클리닝 하기 위한 구성이다. 본 실시예에서 모듈 클리닝부(410)는 바인더 챔버(411)와, 제1클리닝 용액 챔버(412)와, 제1라인(413)과, 제2라인(414) 및 밸브(415)를 포함한다.
본 실시예에서는 1종의 바인더와 1종의 제1클리닝 용액을 사용하는 것을 예시로 든다.
바인더 챔버(411)는 프린팅 헤드(320)를 통해 분사되는 바인더가 저장되는 구성이며, 제1클리닝 용액 챔버(412)는 프린팅 헤드 모듈(310)을 클리닝하기 위한 제1클리닝 용액이 저장되는 구성이다. 프린팅 헤드 모듈(310)에는 통합라인(416)이 연결되며, 통합라인(416)으로부터 제1라인(413)과 제2라인(414)이 분기된다. 제1라인(413)은 바인더 챔버(411)와 연결되며, 제2라인(414)은 제1클리닝 용액 챔버(412)와 연결된다. 그리고 제1라인(413)과 제2라인(414)에는 각각 밸브(415)가 장착된다.
바인더 챔버(411)와 제1클리닝 용액 챔버(412)에 에어를 공급하여, 공압에 의해 바인더는 제1라인(413)을 따라 공급되어 통합라인(416)을 통해 프린팅 헤드 모듈(310)로 공급되며, 제1클리닝 용액은 제2라인(414)을 따라 공급되어 통합라인(416)을 통해 프린팅 헤드 모듈(310)로 공급된다. 이때, 밸브(415)는 선택적으로 개폐되어, 제1라인(413)이 개방되면 제2라인(414)이 폐쇄되고, 제2라인(414)이 개방되면 제1라인(413)이 폐쇄된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 모듈 클리닝부의 작동 설명도이다.
프린팅 작동 수행 시, 제2라인(414) 상의 밸브(415)가 폐쇄되어 바인더만 제1라인(413)과 통합라인(416)을 따라 프린팅 헤드 모듈(310)로 공급된 뒤 프린팅 헤드(320)를 통해 파우더 측으로 분사된다. 클리닝 수행 시 제1라인(413) 상의 밸브(415)가 폐쇄되어 제1클리닝 용액만 제2라인(414)과 통합라인(416)을 따라 프린팅 헤드 모듈(310)로 공급된다. 프린팅 헤드 모듈(310)로 제1클리닝 용액을 지속적으로 공급하고 퍼징함으로써 프린팅 헤드 모듈(310) 내부의 레저버와, 펌프, 튜브 등의 구성을 용이하면서도 깨끗하게 클리닝할 수 있다. 프린팅 헤드 모듈(310) 내부에 직접 제1클리닝 용액을 공급하여 클리닝 함으로써 프린팅 헤드 모듈(310) 및 프린팅 헤드(320)의 기대수명이 대폭 향상된다.
한편, 각 라인 상에 장착된 밸브(415)의 개폐는 수동으로 이루어지거나 자동으로 이루어질 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 본 실시예에서는 1종의 바인더와 1종의 클리닝 용액만 사용하였으나, 여러 종류의 바인더나 클리닝 용액을 사용할 수도 있으며, 분기라인(제1~N라인)의 개수 조절을 통해 용이하게 세팅할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 헤드 클리닝부의 개략적인 사시도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 파킹부의 설명도이다.
헤드 클리닝부(420)는 바인더가 분사되는 프린팅 헤드(320) 표면을 클리닝하기 위한 구성이다. 본 실시예에서 헤드 클리닝부(420)는 파킹부(600)와, 퍼징부(700)와, 와이핑부(800) 및 테스트부(900)를 포함한다.
파킹부(600)는 프린팅 헤드(320) 표면이 건조되는 것을 방지하기 위해 프린팅 헤드(320)를 패킹하는 구성이다. 장시간 프린팅 작동을 수행하지 않는 경우 프린팅 헤드(320) 표면에서 바인더의 건조 현상이 발생될 수 있으며, 이는 프린팅 헤드(320) 노즐의 막힘 현상 등의 원인이 될 수 있다. 파킹부(600)는 이외에도 장비 동작 중 프린팅부(300)의 대기위치로도 설정될 수 있다. 대기상태에서도 프린팅 헤드(320) 표면의 건조 방지를 위해 패킹할 수 있다.
파킹부(600)는 패킹박스(610)와, 패킹커버(620)와 공급부(630) 및 폐기용액 회수부(640)를 포함한다.
패킹박스(610)는 상방이 개방된 형상으로 마련되며, 패킹커버(620)는 패킹박스(610) 내부에 승하강 가능하게 배치된다. 패킹커버(620)에는 공급부(630)로부터 제3클리닝 용액이 공급되어 제3클리닝 용액에 의해 적셔진 상태를 유지한다. 패킹커버(620)는 스펀지 등으로 마련될 수 있다. 제3클리닝 용액은 진공펌프를 통해 공급부(630)로부터 패킹박스(610)로 공급될 수 있다. 진공펌프를 사용함으로써 패킹커버(620)에 제3클리닝 용액을 일정량 지속적으로 공급할 수 있다.
패킹박스(610) 상방에 프린팅부(300)가 배치되면, 패킹커버(620)는 하단에 장착된 모터 등에 의해 상승하며 프린팅 헤드(320) 표면과 밀착되며 따라서 프린팅 헤드(320) 표면이 밀폐된다. 패킹커버(620)가 프린팅 헤드(320) 표면과 밀착되어 프린팅 작동이 수행되지 않는 경우 프린팅 헤드(320) 표면에서 바인더가 건조되어 노즐의 막힘 현상 등이 방지된다. 프린팅 헤드(320) 표면의 패킹 후 사용된 제2클리닝 용액은 폐기용액 회수부(640)를 통해 회수된다.
패킹커버(620)의 승하강, 제3클리닝 용액의 공급 및 회수는 제어부를 통해 자동적으로 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 퍼징부의 설명도이다.
퍼징부(700)는 프린팅 헤드(320)가 기 설정된 토출 압력과 토출 유량으로 바인더나 클리닝 용액을 퍼징(Purging)하는 구성이다.
퍼징부(700)는 프린팅 헤드(320)의 노즐이 막혀있거나, 막혀 있지 않더라도 잔존하는 이물질에 의해 토출량이 달라질 수 있는 경우를 방지할 수 있도록 프린팅 헤드(320)의 상태를 확인할 수 있다.
프린팅 헤드(320)가 퍼징부(700)에 진입하면, 기 설정된 토출 압력과 토출 유량으로 일정하게 바인더 또는 클리닝 용액을 토출하고, 토출 상태를 확인함으로써 프린팅 헤드(320)의 안정성을 확보할 수 있다. 이 때, 토출 상태를 확인할 수 있는 극세사 섬유나 비전 검사부가 추가로 설치될 수 있다.
퍼징부(700)는 하면에 배수공(710)이 형성되며, 하나 이상의 면이 배수공(710) 측으로 경사를 형성하도록 마련되어, 퍼징된 바인더나 클리닝 용액은 별도의 처리 없이 배수공(710)을 통해 배출될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 와이핑부의 설명도이다.
와이핑부(800)는 프린팅 헤드(320) 표면에 묻은 파우더나 바인더를 클리닝하는 구성이다. 와이핑부(800)는 수조(810)와, 와이퍼(820) 및 용액 공급부(830)를 포함한다.
수조(810)는 내부에 제2클리닝 용액이 저장되며 유입공(811)과 배출공(812)이 형성된다. 본 실시예에서 배출공(812)은 유입공(811)보다 상방에 형성된다. 진공펌프에 의해 용액 공급부(830)로부터 제2클리닝 용액이 유입공(811)을 통해 수조(810) 내부로 공급된다. 진공펌프에 의해 일정량 지속적으로 공급되는 제2클리닝 용액은 배출공(812)을 통해 외부로 배출되어 항상 일정 수위가 유지될 수 있다.
종래에는 사용자가 수조(810) 내부의 클리닝 용액을 수동으로 공급 및 배출하여 번거로움이 있었다. 와이퍼(820)에 많은 제2클리닝 용액이 묻어있는 경우 와이핑 과정에서 프린팅 헤드(320) 표면에 과도한 양의 제2클리닝 용액이 묻게 되는데 이는 프린팅 품질에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 수조(810)에 일정량의 제2클리닝 용액이 유지되는 것이 바람직한데, 사용자가 직접 제2클리닝 용액을 공급/배출하는 경우 수위를 유지하기 어려운 문제점이 있었다. 또한, 프린팅 헤드(320)의 클리닝은 프린팅 완료 후에만 진행되는 것이 아니며, 프린팅 과정에서 자주 메인터넌스부(400)로 위치되어 클리닝 작동이 이루어진다. 클리닝 작동 때마다 사용자가 제2클리닝 용액을 교체하는 것은 번거로우면서도 어려운 문제점이 있었다. 그러나 진공펌프에 의해 일정량 지속적으로 공급하면서도 자동으로 일정 수위로 조절하고, 수조(810) 내의 제2클리닝 용액이 항상 깨끗한 상태로 유지될 수 있다.
와이퍼(820)는 와이퍼 구동부(821)의 일면에 장착된다. 와이핑 전 와이퍼(820)는 제2클리닝 용액에 침지된 상태로서 와이퍼(820)에 묻은 이물질이 제거된다. 와이핑 시 와이퍼 구동부(821)는 180˚ 회전하고, 와이퍼(820) 위로 프린팅부(300)가 왕복운동을 하여 프린팅 헤드(320) 표면에 묻은 이물질 등을 제거한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 테스트부의 설명도이다.
테스트부(900)는 클리닝이 완료된 프린팅 헤드(320)의 노즐 컨디션을 확인하기 위해 사전 테스트가 진행되는 구성이다.
테스트부(900)는 테스트 용지를 공급 롤러(910)에 권취한 뒤 용지 공급방향을 따라 회수지점(920)까지 용지를 공급한다. 사전 테스트 진행 시 테스트 용지 상에 소정의 이미지를 프린팅하여 노즐의 컨디션을 확인할 수 있다. 테스트 프린팅 영역이 기 설정되어, 프린팅부(300)는 테스트 프린팅 영역에서만 소정의 이미지를 프린팅할 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 파우더 회수부의 설명도이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 젯 3D프린터의 파우더 회수부의 작동 설명도이다.
파우더 회수부(500)는 파우더 도포 장치(100)가 작업 테이블(20)과 조형 스테이지(210) 상에 파우더를 도포 후 남은 잔여 파우더가 회수되는 구성이다. 파우더 회수부(500)는 회수통(510)과, 가이드부(520) 및 탄성부(530)를 포함한다.
회수통(510)은 파우더 도포 장치(100)의 파우더 도포방향을 따라 조형 챔버(200)의 전방에 배치된다.
본 실시예에서 회수통(510)은 하방으로 갈수록 단면이 좁아지는 형상으로 마련되나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 회수통(510)은 잔여 파우더가 낙하되도록 상면이 개방된다.
바인더 젯 3D프린터(1000)의 기술 발전으로 인해 대면적화되면서 사용되는 파우더의 양도 비약적으로 증가되고 있다. 이에, 조형 스테이지(210)에 도포되고 남은 잔여 파우더의 양도 증가되면서 회수통(510)도 커지며 보다 깊어질 수 있다.
파우더 도포 장치(100)에 의해 잔여 파우더가 회수통(510)으로 낙하(투입)되는 과정에서 미세 분말인 파우더가 비산하여 분진이 발생된다. 이 분진은 프린팅 헤드 모듈(310)과 프린팅 헤드(320) 표면에 붙어 프린팅 과정에서 문제를 야기할 수 있으며 보다 잦은 클리닝 작업의 원인이 될 수 있다. 특히, 회수통(510)의 깊이가 깊어질수록 발생되는 분진의 양이 보다 많아지게 된다.
따라서, 본 실시예에서는 잔여 파우더의 회수통(510)으로의 낙하 과정에서 발생되는 분진을 최소화하기 위하여 가이드부(520)와 탄성부(530)를 포함한다.
가이드부(520)는 일단이 회수통(510)의 내측면(511)에 장착되며 타단은 회수통(510)의 대향면(512)과 이격된다. 여기서 내측면(511)은 프레임 등에 장착된 면의 타면을 의미한다. 대향면(512)는 내측면(511)과 대향되는 면을 의미한다. 가이드부(520)는 회수통(510)의 상부에 장착되며, 일단으로부터 타단으로 갈수록 하방으로 경사를 형성한다.
탄성부(530)는 가이드부(520)의 하방에 배치되며, 본 실시예에서는 가이드부(520)의 하면에 밀착된다. 탄성부(530)의 일단은 회수통(510)의 내측면(511)에 장착되며 타단은 대향면(512)에 밀착된다. 탄성부(530)는 장착된 회수통(510)의 위치를 기준으로 하부와 상부가 구획되도록 대향면(512)에 밀착되는 것이 바람직하다.
가이드부(520)의 위치(회수통(510)의 상부에 장착됨)에 의해 회수통(510)으로 투입된 잔여 파우더가 가이드부(520)와 접촉됨으로써 낙하 깊이가 짧아져 분진 발생이 최소화된다. 또한, 발생된 분진은 가이드부(520)의 형상으로 인해 탄성부(530)로 안내된다.
가이드부(520)에 의해 잔여 파우더는 탄성부(530) 상면으로 안내되어 쌓이게 된다. 보다 구체적으로, 잔여 파우더는 탄성부(530)의 타단의 상면에 쌓이게 된다. 탄성부(530) 상면에 쌓인 잔여 파우더의 무게의 의해 탄성부(530)의 타단의 위치가 변경되어, 타단과 회수통(510)의 대향면(512) 사이에서 틈이 형성된다. 구체적으로, 잔여 파우더의 무게에 의해 탄성부(530)의 타단이 기울어지게 되며, 이로 인해 회수통(510)의 대향면(512)과의 사이에서 틈이 발생하게 되고, 이 틈을 통해 잔여 파우더가 회수통(510) 하부로 낙하된다. 잔여 파우더가 낙하되어 탄성부(530) 상면에 가해지는 힘(잔여 파우더의 무게)이 일정 크기 이하가 되면, 탄성부(530)의 복원력에 의해 타단이 정위치로 복귀되며 다시 회수통(510)의 대향면(512)과 밀착되어 밀폐되고, 잔여 파우더가 회수통(510) 내부에 갇히게 되어 분진 발생이 최소화된다.
따라서, 별도의 구성 없이도, 가이드부(520)의 위치 및 형상, 탄성부(530)의 위치 및 크기로 인해 잔여 파우더의 회수 시 분진 발생이 최소화된다.
본 실시예에서 탄성부(530)는 고무재질의 판으로 마련될 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 별도의 구조물을 통해 동일한 기능을 달성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 프린팅 헤드 모듈 내부과 프린팅 헤드를 용이하면서도 깨끗이 클리닝 할 수 있으며, 파우더 도포 장치에 의해 조형 스테이지에 도포된 후 잔여 파우더를 회수 시, 회수통으로 낙하되는 파우더가 비산되는 것을 방지할 수 있는 바인더 젯 3D프린터가 제공된다.
본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1000 : 바인더 젯 3D 프린터
100 : 파우더 도포 장치 110 : 호퍼
120 : 리코터 200 : 조형 챔버
210 : 조형 스테이지 300 : 프린팅부
310 : 프린팅 헤드 모듈 320 : 프린팅 헤드
400 : 메인터넌스부 410 : 모듈 클리닝부
411 : 바인더 챔버 412 : 제1클리닝 용액 챔버
413 : 제1라인 414 : 제2라인
415 : 밸브 416 : 통합라인
500 : 파우더 회수부 510 : 회수통
520 : 가이드부 530 : 탄성부
600 : 파킹부 610 : 패킹박스
620 : 패킹커버 630 : 공급부
640 : 폐기용액 회수부 700 : 퍼징부
710 : 배수공 800 : 와이핑부
810 : 수조 811 : 유입공
812 : 배출공 820 : 와이퍼
821 : 와이퍼 구동부

Claims (7)

  1. 상방이 개방된 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간에서 승하강 가능하게 마련되며 파우더가 프린팅부로부터 분사되는 바인더에 의해 복수의 레이어로 적층되는 조형 스테이지를 포함하는 조형 챔버;
    호퍼로부터 공급된 파우더를 상기 조형 스테이지 상에 도포하는 파우더 도포 장치;
    상기 파우더 도포 장치의 도포방향을 따라 상기 조형 챔버의 전방에 배치되며, 상기 파우더 도포 장치가 도포 후 남은 잔여 파우더가 회수되는 파우더 회수부; 및
    와이핑부를 포함하는 헤드 클리닝부 및 모듈 클리닝부를 포함하며, 상기 프린팅부를 클리닝하는 메인터넌스부를 포함하며,
    상기 와이핑부는,
    내부에 제2클리닝 용액이 저장되며 유입공과 배출공이 형성되는 수조와, 일면에 와이퍼가 장착되어 상기 와이퍼가 상기 제2클리닝 용액에 침지되되, 와이핑 시 상기 와이퍼 위로 상기 프린팅부가 왕복운동되도록 회전되는 와이퍼 구동부 및 상기 제2클리닝 용액을 상기 유입공을 통해 상기 수조로 일정량 지속적으로 공급하는 용액 공급부를 포함하며,
    상기 모듈 클리닝부는,
    바인더가 저장되는 바인더 챔버와, 제1클리닝 용액이 저장되는 제1클리닝 용액 챔버와, 프린팅 헤드 모듈 측으로 상기 바인더가 공급되는 제1라인과, 상기 프린팅 헤드 모듈 측으로 상기 제1클리닝 용액이 공급되는 제2라인 및 상기 제1라인과 상기 제2라인에 배치되며 선택적으로 개폐되는 밸브를 포함하는 바인더 젯 3D프린터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배출공은 상기 유입공보다 상방에 형성되는 바인더 젯 3D프린터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 헤드 클리닝부는 파킹부를 포함하며,
    상기 파킹부는,
    상방이 개방된 패킹박스와, 상기 패킹박스에 승하강 가능하게 배치되며 상승시 상기 프린팅 헤드의 표면과 밀착되는 패킹커버와, 제3클리닝 용액을 상기 패킹커버로 공급하는 공급부를 포함하는 바인더 젯 3D프린터.
  5. 상방이 개방된 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간에서 승하강 가능하게 마련되며 파우더가 프린팅부로부터 분사되는 바인더에 의해 복수의 레이어로 적층되는 조형 스테이지를 포함하는 조형 챔버;
    호퍼로부터 공급된 파우더를 상기 조형 스테이지 상에 도포하는 파우더 도포 장치;
    상기 파우더 도포 장치의 도포방향을 따라 상기 조형 챔버의 전방에 배치되며, 상기 파우더 도포 장치가 도포 후 남은 잔여 파우더가 회수되는 파우더 회수부; 및
    상기 프린팅부를 클리닝하는 메인터넌스부를 포함하며,
    상기 파우더 회수부는,
    상기 조형 챔버의 전면에 장착되며 상면이 개방된 회수통과, 일단이 상기 회수통의 내측면에 장착되며 타단은 상기 내측면의 대향면과 이격되고, 하방으로 경사를 경성하는 가이드부 및 상기 가이드부의 하방에 장착되며 일단은 상기 회수통의 내측면에 장착되고 타단은 상기 대향면에 밀착되되 상면에 쌓인 상기 파우더의 무게에 의해 상기 타단의 위치가 변경되어 상기 파우더가 상기 회수통으로 낙하되며, 복귀되어 상기 타단이 상기 대향면에 밀착되는 탄성부를 포함하는 바인더 젯 3D프린터.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 탄성부는 고무재질의 판으로 마련되는 바인더 젯 3D프린터.
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