KR102380280B1 - 선택적 레이저 소결 방식의 3d프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치 - Google Patents

선택적 레이저 소결 방식의 3d프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치 Download PDF

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장진주
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Abstract

선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치는, 분말로 이루어진 각 레이어들에서 레이저에 의해 소결되는 부위의 온도 분포를 측정하는 파이로미터 및 상기 파이로미터에서 측정된 온도 분포가 기 설정된 기준 온도 범위를 벗어나는 경우 해당 레이어를 불량 레이어로 판단하는 제1 레이어 불량 판단부를 포함할 수 있다.

Description

선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치{Real-time defect detection device for output in 3D printing process of selective laser sintering}
본 발명은 불량 실시간 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선택적 레이저 소결 방식의 3D 프린터 공정 중 출력물에 발생하는 불량을 실시간으로 검출하는 선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 3D 프린팅이란 입체 도면을 기반으로 3차원 공간 안에 인쇄하듯 출력물을 만들어내는 제조기술이다.
상기 3D 프린팅은 소재를 출력하는 방식에 따라 구분되는데, 분말로 된 소재를 레이저로 소결하는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식, 빛으로 소재를 굳히는 SLA(Stereo Lithographic Apparatus) 방식, 플라스틱 필라멘트를 용융하는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식이 널리 사용되고 있다.
상기 방식들 중 상기 SLS(선택적 레이저 소결) 방식은 금속 소재를 사용하여 3D 프린팅을 수행할 수 있는 방법이다. 구체적으로, 상기 SLS 방식은 작업 테이블에 분말 소재를 얇게 펼쳐서 레이어를 형성한 뒤에 원하는 부분만을 레이저를 사용하여 소결시키고, 상기 레이어 위에 상기 분말로 다음 레이어를 형성하고 원하는 부분을 상기 레이저로 소결하는 과정을 반복하여 수행한다.
상기 SLS 방식으로 상기 3D 프린팅을 수행하는 경우, 여러 가지 원인으로 인해 상기 레이어들에서 상기 레이저로 소결하는 부위에 불량이 발생할 수 있다.
상기 레이어들의 불량으로 인해 상기 3D 프린팅에 의해 출력되는 출력물도 불량이 발생할 수 있다.
그러나, 상기 SLS 방식의 3D 프린팅에서 상기 레이어들의 불량을 검출하는 수단이 없다. 따라서, 상기 레이어들의 불량을 확인하기 어렵다.
또한, 상기 레이어들에 불량이 발생하는 원인을 확인하기 위한 수단도 없다. 따라서, 상기 레이어들에 불량이 발생하는 원인을 해소하기 어렵다.
본 발명은 선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 레이어들의 불량을 검출하고, 상기 불량의 원인을 확인할 수 있는 선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치는, 분말로 이루어진 각 레이어들에서 레이저에 의해 소결되는 부위의 온도 분포를 측정하는 파이로미터 및 상기 파이로미터에서 측정된 온도 분포가 기 설정된 기준 온도 범위를 벗어나는 경우 해당 레이어를 불량 레이어로 판단하는 제1 레이어 불량 판단부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 출력물 불량 검출 장치는, 상기 레이저에 의해 소결되는 전체 레이어들 중 상기 제1 레이어 불량 판단부가 상기 불량 레이어로 판단한 레이어들의 비율이나 개수가 기 설정된 기준 비율이나 기준 개수를 초과하는 경우, 상기 3D 프린터의 출력물을 불량으로 판단하는 출력물 불량 판단부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 출력물 불량 검출 장치는, 상기 출력물 불량 판단부가 상기 출력물을 불량으로 판단하는 경우, 상기 레이어들을 형성하는 상기 분말의 추가적인 소결을 방지하기 위해 상기 3D 프린터의 작동을 정지시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 출력물 불량 검출 장치는, 각 레이어들에서 상기 레이저에 의해 소결되는 부위를 촬영하는 제1 카메라 및 상기 제1 카메라에서 촬영된 영상에서 상기 각 레이어들을 형성하는 입자들이 튀는 정도를 기 설정된 기준 튀는 범위와 비교하고, 상기 입자들의 튀는 정도가 상기 기준 튀는 범위를 벗어나는 경우 해당 레이어를 불량 레이어로 판단하는 제2 레이어 불량 판단부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 출력물 불량 판단부는, 상기 전체 레이어들 중 상기 제1 레이어 불량 판단부 및 상기 제2 레이어 판단부가 상기 불량 레이어로 판단한 레이어들의 비율이나 개수가 상기 기준 비율이나 상기 기준 개수를 초과하는 경우, 상기 3D 프린터의 출력물을 불량으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 출력물 판단부는, 상기 각 레이어들에 대해 상기 제1 레이어 불량 판단부 및 상기 제2 레이어 불량 판단부가 모두 불량 레이어로 판단하는 경우 해당 레이어를 불량 레이어로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 출력물 불량 검출 장치는, 상기 레이저의 이동 경로에 따라 상기 각 레이어 별로 소결되는 부위를 촬영하는 제1 카메라 및 상기 제1 카메라에서 촬영된 영상에서 상기 각 레이어들을 형성하는 입자들이 튀는 정도를 기 설정된 기준 튀는 범위와 비교하고, 상기 입자들의 튀는 정도가 상기 기준 튀는 범위를 벗어나는 경우 해당 레이어를 불량 레이어로 판단하는 제2 레이어 불량 판단부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 출력물 불량 검출 장치는, 상기 불량 레이어들의 불량 원인을 확인하기 위해 상기 각 레이어들을 형성하는 상기 분말의 상태 및 상기 3D 프린터의 작동 상태를 확인하는 확인부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 확인부는, 상기 분말의 입자 균일도를 확인하기 위해 상기 각 레이어를 촬영하는 제2 카메라와, 상기 레이저를 조사하는 레이저 조사부의 작동 상태를 확인하기 위해 상기 레이저의 세기 변화를 감지하는 제1 센서와, 상기 분말을 공급하는 분말 공급부의 작동 상태를 확인하기 위해 상기 분말을 공급하는 공급 테이블의 기울기 및 상기 공급 테이블의 높이 변화를 감지하는 제2 센서와, 상기 분말을 지지하는 분말 지지부의 작동 상태를 확인하기 위해 상기 분말을 지지하는 작업 테이블의 기울기 및 상기 작업 테이블의 높이 변화를 감지하는 제3 센서 및 상기 분말 공급부의 상기 분말을 상기 분말 지지부로 이동시키는 분말 이동부의 작동 상태를 확인하기 위해 상기 분말을 이동시키는 블레이드의 기울기 및 마모 상태를 감지하는 제4 센서를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 파이로미터 및 상기 제1 카메라를 이용하여 상기 레이어들의 불량을 검출할 수 있다. 따라서, 상기 3D 프린터에서 출력이 정상적으로 이루어지는지를 쉽게 확인할 수 있다.
또한, 상기 출력물 불량 판단부를 이용하여 상기 출력물의 불량을 판단할 수 있다. 따라서, 상기 출력물을 별도로 검사하지 않고, 상기 출력물의 상태를 쉽게 확인할 수 있다.
상기 출력물 불량 판단부가 상기 출력물을 불량으로 판단하는 경우, 상기 출력물이 완성되기 전에 상기 제어부는 상기 3D 프린터의 작동을 정지시킨다. 따라서, 상기 분말의 추가적인 소결을 방지하여 상기 분말을 절감할 수 있다.
그리고, 상기 확인부가 상기 분말의 상태 및 상기 3D 프린터의 동작 상태를 확인하여 상기 불량 레이어들의 불량 원인을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 불량 원인을 해소할 수 있으며, 상기 불량 레이어들의 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 확인부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 파이로미터, 제1 카메라 및 확인부가 선택적 레이저 소결식 3D 프린터에 구비된 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 확인부를 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 도 1에 도시된 파이로미터, 제1 카메라 및 확인부가 선택적 레이저 소결식 3D 프린터에 구비된 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 출력물 불량 검출 장치(100)는 선택적 레이저 소결식 3D 프린터(1)에서 분말(P)로 이루어진 레이어들의 소결 불량 및 상기 소결에 의해 형성되는 출력물(W)의 불량을 검출한다. 상기 분말(P)은 금속 분말인 것이 바람직하나, 합성 수지 분말이나 세라믹 분말일 수도 있다.
상기 선택적 레이저 소결식 3D 프린터(1)는 챔버(10), 분말 공급부(20), 분말 지지부(30), 블레이드(40) 및 레이저 조사부(50)를 포함할 수 있다.
상기 챔버(10)는 내부 공간을 가지며, 상기 분말 공급부(20), 상기 분말 지지부(30), 상기 블레이드(40) 및 상기 레이저 조사부(50)를 수용한다.
상기 분말 공급부(20)는 상기 출력물(W)의 형성을 위해 상기 분말(P)을 공급한다. 상기 분말 공급부(20)는 상기 분말(P)을 공급하는 공급 테이블(21) 및 상기 공급 테이블(21)의 하부에 구비되며 상기 공급 테이블(21)을 승하강시키는 제1 구동부(23)을 포함한다.
상기 제1 구동부(23)가 상기 공급 테이블(21)을 순차적으로 상승시키면서 상기 분말(P)을 공급한다.
상기 분말 지지부(30)는 상기 분말(P)을 지지하고, 상기 분말(P)을 소결하여 형성되는 상기 출력물(W)을 지지한다.
상기 분말 지지부(30)는 상기 분말(P) 및 상기 출력물(W)을 지지하는 작업 테이블(31) 및 상기 작업 테이블(31)의 하부에 구비되며 상기 작업 테이블(31)을 승하강시키는 제2 구동부(33)을 포함한다.
상기 작업 테이블(31)의 상기 분말(P)이 상기 레이저 조사부(50)에 의해 소결되는 만큼 상기 제2 구동부(33)가 상기 작업 테이블(31)을 순차적으로 하강시킨다.
상기 블레이드(40)는 수평 방향으로 왕복 이동가능하도록 구비되며, 상기 분말 공급부(20)의 상기 분말(P)을 상기 분말 지지부(30)로 이동시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 공급 테이블(21)이 상승하면서 공급된 상기 분말(P)을 상기 수평 방향으로 이동시켜 상기 작업 테이블(31) 상으로 공급한다. 이때, 상기 블레이드(40)는 상기 분말(P)을 얇게 펼쳐서 상기 작업 테이블(31) 상에 레이어를 형성할 수 있다.
상기 레이저 조사부(50)는 상기 작업 테이블(31) 상에 상기 분말(P)로 이루어진 상기 레이어로 레이저를 조사하여 상기 분말(P)을 소결한다.
상기 레이저 조사부(50)는 레이저가 출력되는 레이저 광원(51) 및 상기 레이저 광원(51)에서 출력되는 상기 레이저의 경로를 변환하여 상기 작업 테이블(31) 상의 상기 분말(P)로 조사하는 스캐너(53)를 포함할 수 있다.
상기 선택적 레이저 소결식 3D 프린터(1)는 상기 분말 공급부(20)와 상기 블레이드(40)가 상기 작업 테이블(31)에 상기 분말(P)을 공급하여 상기 레이어를 형성하고, 상기 레이저 조사부(50)의 상기 레이저로 소결시키는 과정을 반복하여 상기 출력물(W)을 형성할 수 있다.
상기 출력물 불량 검출 장치(100)는 파이로미터(110), 제1 레이어 불량 판단부(120), 제1 카메라(130), 제2 레이어 불량 판단부(140), 출력물 불량 판단부(150), 제어부(160) 및 확인부(170)를 포함할 수 있다.
상기 파이로미터(110)는 상기 작업 테이블(31)의 상방에 배치되며, 상기 분말(P)로 이루어진 각 레이어들에서 상기 레이저에 의해 소결되는 부위의 온도 분포를 측정한다.
상기 레이저 조사부(50)는 상기 각 레이어들에 일정한 경로를 따라 상기 레이저를 조사하므로, 상기 파이로미터(110)도 상기 레이저의 조사 경로와 연동하여 이동가능하도록 구비될 수 있다. 따라서, 상기 파이로미터(110)는 상기 레이저의 조사 경로를 따라 상기 온도 분포를 측정할 수 있다.
상기 제1 레이어 불량 판단부(120)는 상기 파이로미터(110)에서 측정된 온도 분포를 기 설정된 기준 온도 범위와 비교한다. 상기 기준 온도 범위는 시뮬레이션이나 반복된 실험을 통해 획득될 수 있다.
상기 파이로미터(110)에서 측정된 온도 분포가 상기 기준 온도 범위에 포함되는 경우, 상기 제1 레이어 불량 판단부(120)는 해당 레이어를 정상 레이어로 판단한다.
한편, 상기 파이로미터(110)에서 측정된 온도 분포 중 일부분이라도 상기 기준 온도 범위를 벗어나는 경우, 상기 제1 레이어 불량 판단부(120)는 해당 레이어를 불량 레이어로 판단한다.
상기 제1 카메라(130)는 상기 작업 테이블(31)의 상방에 배치되며, 상기 각 레이어들에서 상기 레이저에 의해 소결되는 부위를 촬영한다.
일 예로, 상기 제1 카메라(130)는 상기 레이저의 조사 경로와 연동하여 이동가능하도록 구비될 수 있다. 따라서, 상기 제1 카메라(130)는 상기 레이저에 의해 소결되는 부위를 정확하게 촬영할 수 있다.
상기 제2 레이어 불량 판단부(140)는 상기 제1 카메라(130)에서 촬영된 영상에서 상기 레이저가 상기 분말(P)에 닿을 때 상기 분말(P)의 입자들이 튀는 정도를 기 설정된 기준 튀는 범위와 비교한다. 상기 기준 튀는 범위는 시뮬레이션이나 반복된 실험을 통해 획득될 수 있다. 또한, 상기 기준 튀는 범위는 상기 입자들의 튀는 높이 및 상기 입자들의 튀는 폭 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 카메라(130)의 촬영된 영상에서 획득된 상기 입자들의 튀는 정도가 상기 기준 튀는 범위에 포함되는 경우, 상기 제2 레이어 불량 판단부는 해당 레이어를 정상 레이어로 판단한다.
이와 달리, 상기 제1 카메라(130)의 촬영된 영상에서 획득된 상기 입자들의 튀는 정도가 상기 기준 튀는 범위를 벗어나는 경우, 상기 제2 레이어 불량 판단부는 해당 레이어를 불량 레이어로 판단한다.
상기 출력물 불량 판단부(150)는 상기 제1 레이어 불량 판단부(120)로부터 상기 불량 레이어의 위치 및 개수에 대한 정보를 획득할 수 있다.
상기 레이저에 의해 소결되는 전체 레이어들 중 상기 제1 레이어 불량 판단부(120)가 상기 불량 레이어로 판단한 레이어들의 비율이 기 설정된 기준 비율을 초과하거나, 상기 제1 레이어 불량 판단부(120)가 상기 불량 레이어로 판단한 레이어들의 개수가 기 설정된 기준 개수를 초과하는 경우, 상기 출력물 불량 판단부(150)는 상기 3D 프린터(1)의 상기 출력물(W)을 불량으로 판단한다. 상기 기준 비율 및 상기 기준 개수는 시뮬레이션이나 반복된 실험을 통해 획득될 수 있다.
또한, 상기 출력물 불량 판단부(150)는 상기 제2 레이어 불량 판단부(140)로부터 상기 불량 레이어의 위치 및 개수에 대한 정보를 획득할 수 있다.
상기 전체 레이어들 중 상기 제2 레이어 불량 판단부(140)가 상기 불량 레이어로 판단한 레이어들의 비율이 상기 기준 비율을 초과하거나, 상기 제2 레이어 불량 판단부(140)가 상기 불량 레이어로 판단한 레이어들의 개수가 상기 기준 개수를 초과하는 경우, 상기 출력물 불량 판단부(150)는 상기 3D 프린터(1)의 상기 출력물(W)을 불량으로 판단할 수 있다.
그리고, 상기 출력물 불량 판단부(150)는 상기 제1 레이어 불량 판단부(120) 및 상기 제2 레이어 불량 판단부(140)로부터 상기 불량 레이어의 위치 및 개수에 대한 정보를 모두 획득할 수 있다.
상기 전체 레이어들 중 상기 제1 레이어 불량 판단부(120) 및 상기 제2 레이어 판단부(140)가 상기 불량 레이어로 판단한 레이어들의 비율이나 개수가 상기 기준 비율이나 상기 기준 개수를 초과하는 경우, 상기 출력물 불량 판단부(150)는 상기 3D 프린터(1)의 상기 출력물(W)을 불량으로 판단할 수 있다.
이때, 상기 각 레이어들에 대해 상기 제1 레이어 불량 판단부(120) 및 상기 제2 레이어 판단부(140)가 모두 불량 레이어로 판단하는 경우, 상기 출력물 불량 판단부(150)는 해당 레이어를 불량 레이어로 판단할 수 있다.
이 경우, 상기 불량 레이어의 판단 기준이 상대적으로 강화되므로, 상기 출력물 불량 판단부(150)가 상기 출력물(W)을 불량으로 판단하는 기준이 상대적으로 완화될 수 있다.
이와 달리, 상기 각 레이어들에 대해 상기 제1 레이어 불량 판단부(120) 및 상기 제2 레이어 판단부(140) 중 어느 하나가 불량 레이어로 판단하는 경우, 상기 출력물 불량 판단부(150)는 해당 레이어를 불량 레이어로 판단할 수 있다.
이 경우, 상기 불량 레이어의 판단 기준이 상대적으로 완화되므로, 상기 출력물 불량 판단부(150)가 상기 출력물(W)을 불량으로 판단하는 기준이 상대적으로 강화될 수 있다.
상기 출력물 불량 판단부(150)는 상기 제1 레이어 불량 판단부(120)로부터 상기 불량 레이어의 위치 및 개수에 대한 정보 및 상기 제2 레이어 불량 판단부(140)로부터 상기 불량 레이어의 위치 및 개수에 대한 정보 중 어느 하나를 이용하거나 모두 이용할 수 있다. 따라서, 상기 출력물(W)에 요구되는 완성도에 따라 상기 출력불 불량 판단부(150)는 상기 제1 레이어 불량 판단부(120)의 상기 불량 레이어에 대한 정보 및 상기 제2 레이어 불량 판단부(140)의 상기 불량 레이어에 대한 정보를 선택적으로 이용할 수 있다.
상기 제어부(160)는 상기 출력물 불량 판단부(150)와 연결되며, 상기 출력물 불량 판단부(150)가 상기 출력물(W)을 불량으로 판단하는 경우, 상기 출력물(W)이 완성되기 전에 상기 3D 프린터(1)의 작동을 정지시킬 수 있다.
상기 출력물 불량 판단부(150)가 상기 출력물(W)을 불량으로 판단하면, 상기 레이어들을 추가적으로 소결하여 상기 출력물(W)을 완성하더라도 상기 출력물(W)은 불량일 수 있다. 그러므로, 상기 레이어들을 추가적으로 소결하는 만큼 상기 분말(P)이 낭비될 수 있다.
상기 출력물(W)이 완성되기 전에 상기 3D 프린터(1)의 작동을 정지시킴으로써, 상기 레이어들을 형성하는 상기 분말(P)의 추가적인 소결을 방지하여 상기 분말(P)을 절감할 수 있다.
상기 확인부(170)는 상기 제1 레이어 불량 판단부(120)나 상기 제2 레이어 불량 판단부(140)가 상기 불량 레이어가 있는 것으로 판단하면, 상기 불량 레이어들의 불량 원인을 확인하기 위해 상기 각 레이어들을 형성하는 상기 분말(P)의 상태 및 상기 3D 프린터(1)의 작동 상태를 확인할 수 있다.
구체적으로, 상기 확인부(170)는 제2 카메라(171), 제1 센서(172), 제2 센서(173), 제3 센서(174) 및 제4 센서(175)를 포함할 수 있다.
상기 제2 카메라(171)는 상기 작업 테이블(31)의 상방에 배치되며, 상기 작업 테이블(31) 상의 각 레이어를 촬영한다.
상기 확인부(170)는 상기 제2 카메라(171)에서 촬영된 영상에서 상기 각 레이어를 형성하는 상기 분말(P)의 입자들을 비교하여 상기 분말(P)의 입자 균일도를 확인할 수 있다. 상기 분말(P)의 입자들이 불균일한 경우, 상기 레이저 소결시 상기 레이어의 온도 분포가 불균일하거나, 상기 입자들이 튀는 정도가 커져 상기 불량 레이어의 불량 원인이 될 수 있다. 따라서, 상기 분말(P)의 입자들이 불균일하면, 상기 확인부(170)는 상기 분말(P)의 상태에 이상이 있는 것으로 판단한다.
상기 제1 카메라(110)와 상기 제2 카메라(171)는 각각 구비되는 것으로 설명되었으나, 하나의 카메라가 상기 제1 카메라(110)와 상기 제2 카메라(171)의 역할을 동시에 수행할 수도 있다.
상기 제1 센서(172)는 상기 레이저의 경로 상에 구비되며, 상기 레이저의 세기 변화를 감지한다.
상기 확인부(170)는 상기 제1 센서(172)에서 감지된 상기 레이저의 세기 변화를 확인하여 상기 레이저 조사부(50)의 작동 상태를 확인한다. 상기 레이저의 세기가 변화하는 경우, 상기 레이저 소결시 상기 레이어의 온도 분포가 불균일하여 상기 불량 레이어의 불량 원인이 될 수 있다. 따라서, 상기 레이저의 세기 변화가 있으면, 상기 확인부(170)는 상기 레이저 조사부(50)의 작동에 이상이 있는 것으로 판단한다.
상기 제2 센서(173)는 상기 공급 테이블(21)에 구비되며, 상기 공급 테이블(21)의 기울기 및 상기 공급 테이블(21)의 높이 변화를 감지한다. 일 예로, 상기 제2 센서(173)은 기울기 센서와 변위 센서를 포함할 수 있다.
상기 확인부(170)는 상기 제2 센서(173)에서 감지된 상기 공급 테이블(21)의 기울기 및 상기 공급 테이블(21)의 높이 변화를 확인하여 상기 분말 공급부(20)의 작동 상태를 확인한다. 상기 공급 테이블(21)이 기울어져 있거나, 상기 공급 테이블(21)의 높이 변화가 일정하지 않는 경우, 상기 레이어의 두께가 일정하지 않을 수 있으므로, 상기 레이저 소결시 상기 레이어의 온도 분포가 불균일하여 상기 불량 레이어의 불량 원인이 될 수 있다. 따라서, 상기 공급 테이블(21)이 기울어져 있거나, 상기 공급 테이블(21)의 높이 변화가 일정하지 않으면, 상기 확인부(170)는 상기 분말 공급부(20)의 작동에 이상이 있는 것으로 판단한다.
상기 제3 센서(174)는 상기 작업 테이블(31)에 구비되며, 상기 작업 테이블(31)의 기울기 및 상기 작업 테이블(31)의 높이 변화를 감지한다. 일 예로, 상기 제3 센서(174)은 기울기 센서와 변위 센서를 포함할 수 있다.
상기 확인부(170)는 상기 제3 센서(174)에서 감지된 상기 작업 테이블(31)의 기울기 및 상기 작업 테이블(31)의 높이 변화를 확인하여 상기 분말 지지부(30)의 작동 상태를 확인한다. 상기 작업 테이블(31)이 기울어져 있거나, 상기 작업 테이블(31)의 높이 변화가 일정하지 않는 경우, 상기 레이어의 두께가 일정하지 않을 수 있으므로, 상기 레이저 소결시 상기 레이어의 온도 분포가 불균일하여 상기 불량 레이어의 불량 원인이 될 수 있다. 따라서, 상기 작업 테이블(31)이 기울어져 있거나, 상기 작업 테이블(31)의 높이 변화가 일정하지 않으면, 상기 확인부(170)는 상기 분말 지지부(30)의 작동에 이상이 있는 것으로 판단한다.
상기 제4 센서(175)는 상기 블레이드(40)에 구비되며, 상기 블레이드(40)의 기울기 및 마모 상태를 감지한다. 일 예로, 상기 제4 센서(175)은 기울기 센서와 진동 센서를 포함할 수 있다. 상기 진동 센서는 상기 블레이드(40)의 이동시 발생하는 진동을 감지하여 상기 블레이드(40)의 마모 정도를 감지할 수 있다.
상기 확인부(170)는 상기 제4 센서(175)에서 감지된 상기 블레이드(40)의 기울기 및 마모 정도를 확인하여 상기 블레이드(40)의 작동 상태를 확인한다. 상기 블레이드(40)가 기울어져 있거나, 상기 블레이드(40)의 많이 마모된 경우, 상기 레이어의 두께가 일정하지 않거나 두꺼울 수 있으므로, 상기 레이저 소결시 상기 레이어의 온도 분포가 불균일하여 상기 불량 레이어의 불량 원인이 될 수 있다. 따라서, 상기 블레이드(40)가 기울어져 있거나, 마모되어 있으며, 상기 확인부(170)는 상기 블레이드(40)의 작동에 이상이 있는 것으로 판단한다.
상기 확인부(170)가 상기 제2 카메라(171), 상기 제1 센서(172), 상기 제2 센서(173), 상기 제3 센서(174) 및 상기 제4 센서(175)의 작동 상태를 확인함으로써, 상기 불량 레이어들의 불량 원인을 확인할 수 있다. 상기 불량 레이어들의 불량 원인을 확인하면, 상기 3D 프린터(1)에서 상기 불량 원인을 해소할 수 있으며, 상기 불량 레이어들의 발생을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 3D 프린터 10 : 챔버
20 : 분말 공급부 30 : 분말 지지부
40 : 블레이드 50 : 레이저 조사부
100 : 출력물 불량 검출 장치 110 : 파이로미터
120 : 제1 레이어 불량 판단부 130 : 제1 카메라
140 : 제2 레이어 불량 판단부 150 : 출력물 불량 판단부
160 : 제어부 170 : 확인부
171 : 제2 카메라 172 : 제1 센서
173 : 제2 센서 174 : 제3 센서
175 : 제4 센서 P : 분말
W : 출력물

Claims (9)

  1. 분말로 이루어진 각 레이어들에서 레이저에 의해 소결되는 부위의 온도 분포를 측정하는 파이로미터; 및
    상기 파이로미터에서 측정된 온도 분포가 기 설정된 기준 온도 범위를 벗어나는 경우 해당 레이어를 불량 레이어로 판단하는 제1 레이어 불량 판단부;를 포함하고,
    상기 각 레이어들에서 상기 레이저에 의해 소결되는 부위를 촬영하는 제1 카메라; 및
    상기 제1 카메라에서 촬영된 영상에서 상기 각 레이어들을 형성하는 입자들이 튀는 정도를 기 설정된 기준 튀는 범위와 비교하고, 상기 입자들의 튀는 정도가 상기 기준 튀는 범위를 벗어나는 경우 해당 레이어를 불량 레이어로 판단하는 제2 레이어 불량 판단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저에 의해 소결되는 전체 레이어들 중 상기 제1 레이어 불량 판단부가 상기 불량 레이어로 판단한 레이어들의 비율이나 개수가 기 설정된 기준 비율이나 기준 개수를 초과하는 경우, 3D 프린터의 출력물을 불량으로 판단하는 출력물 불량 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 출력물 불량 판단부가 상기 출력물을 불량으로 판단하는 경우, 상기 레이어들을 형성하는 상기 분말의 추가적인 소결을 방지하기 위해 상기 3D 프린터의 작동을 정지시키는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서, 상기 출력물 불량 판단부는, 상기 전체 레이어들 중 상기 제1 레이어 불량 판단부 및 상기 제2 레이어 판단부가 상기 불량 레이어로 판단한 레이어들의 비율이나 개수가 상기 기준 비율이나 상기 기준 개수를 초과하는 경우, 상기 3D 프린터의 출력물을 불량으로 판단하는 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 출력물 불량 판단부는, 상기 각 레이어들에 대해 상기 제1 레이어 불량 판단부 및 상기 제2 레이어 불량 판단부가 모두 불량 레이어로 판단하는 경우 해당 레이어를 불량 레이어로 판단하는 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치.
  7. 분말로 이루어진 각 레이어들에서 레이저에 의해 소결되는 부위의 온도 분포를 측정하는 파이로미터;
    상기 파이로미터에서 측정된 온도 분포가 기 설정된 기준 온도 범위를 벗어나는 경우 해당 레이어를 불량 레이어로 판단하는 제1 레이어 불량 판단부;
    상기 레이저의 이동 경로에 따라 상기 각 레이어 별로 소결되는 부위를 촬영하는 제1 카메라; 및
    상기 제1 카메라에서 촬영된 영상에서 상기 각 레이어들을 형성하는 입자들이 튀는 정도를 기 설정된 기준 튀는 범위와 비교하고, 상기 입자들의 튀는 정도가 상기 기준 튀는 범위를 벗어나는 경우 해당 레이어를 불량 레이어로 판단하는 제2 레이어 불량 판단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 불량 레이어들의 불량 원인을 확인하기 위해 상기 각 레이어들을 형성하는 상기 분말의 상태 및 3D 프린터의 작동 상태를 확인하는 확인부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 확인부는,
    상기 분말의 입자 균일도를 확인하기 위해 상기 각 레이어를 촬영하는 제2 카메라;
    상기 레이저를 조사하는 레이저 조사부의 작동 상태를 확인하기 위해 상기 레이저의 세기 변화를 감지하는 제1 센서;
    상기 분말을 공급하는 분말 공급부의 작동 상태를 확인하기 위해 상기 분말을 공급하는 공급 테이블의 기울기 및 상기 공급 테이블의 높이 변화를 감지하는 제2 센서;
    상기 분말을 지지하는 분말 지지부의 작동 상태를 확인하기 위해 상기 분말을 지지하는 작업 테이블의 기울기 및 상기 작업 테이블의 높이 변화를 감지하는 제3 센서; 및
    상기 분말 공급부의 상기 분말을 상기 분말 지지부로 이동시키는 분말 이동부의 작동 상태를 확인하기 위해 상기 분말을 이동시키는 블레이드의 기울기 및 마모 상태를 감지하는 제4 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결 방식의 3D프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치.
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