KR102434331B1 - 적층제조용 블레이딩 노즐 - Google Patents

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최형일
김도현
오진호
남궁희
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주식회사 엠오피(M.O.P Co., Ltd.)
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Abstract

본 발명에 따른 적층제조용 블레이딩 노즐은 스테이지 위에 슬러리를 토출하는 토출구 및 상기 슬러리를 담고, 상기 슬러리를 하단에 연결된 상기 토출구로 제공하도록 구성된 실린더를 포함하며, 상기 토출구와 상기 스테이지 사이의 거리는 제공될 상기 슬러리의 레이어 두께에 대응되도록 제어되며, 상기 토출구가 상기 스테이지를 가로지르는 방향으로 이동하면서 상기 슬러리의 레이어가 제공되도록 제어된다.

Description

적층제조용 블레이딩 노즐{Blading nozzle for additive manufacturing}
본 발명은 적층제조용 블레이딩 노즐에 관한 것이다. 보다 상세하게는 입체 구조물을 제조하기 위한 적층제조용 블레이딩 노즐에 관한 것이다.
3D프린팅으로 알려진 적층제조방식은 한 층씩 원료를 쌓아서 제품을 만드는 방식이다.
도 1a 및 도 1b는 종래 적층제조방식에 따른 피적층물의 제공 방식을 설명하기 위한 단면도들이다.
적층제조방식 중 탑다운 광경화 방식의 적층제조방식은 경화 가능한 파우더나 슬러리를 박층으로 한층씩 쌓으면서 제품 부위만을 경화하는 방식을 사용한다.
파우더나 슬러리를 적층 시키는 방법은 도 1a와 같이 기판의 일측에 노즐(120)로 피적층물(이하 슬러리, 130)을 스테이지(140)에 토출하고, 도 1b와 같이 토출된 슬러리(130)를 블레이드(110)로 기설정된 높이에서 블레이딩하여 평평하게 레이어(135)를 형성한다.
그러나, 이러한 슬러리 적층 방식은 한 종류의 슬러리(130) 만을 적층할 수 있을 뿐, 다양한 종류의 슬러리(130)를 동시에 한 층으로 쌓지 못한다는 문제가 있다.
또한, 이러한 슬러리 적층 방식은 슬러리(130)를 쌓을 때, 블레이드(110)와 노즐(120)을 각각 별개로 구성하여 별개의 공정으로 수행해야 하는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-2119452호 (특허의 명칭 : 레이어 적층 장치 및 이를 이용한 3D프린팅 방법)
본 발명의 일 실시예는 다양한 종류의 슬러리를 동시에 한층으로 쌓을 수 있는 적층제조용 블레이딩 노즐을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에는 블레이드와 노즐을 통합하여 블레이딩과 슬러리 토출을 하나의 공정으로 수행할 수 있는 적층제조용 블레이딩 노즐을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조용 블레이딩 노즐은 스테이지 위에 슬러리를 토출하는 토출구 및 상기 슬러리를 담고, 상기 슬러리를 하단에 연결된 상기 토출구로 제공하도록 구성된 실린더를 포함하며, 상기 토출구와 상기 스테이지 사이의 거리는 제공될 상기 슬러리의 레이어 두께에 대응되도록 제어되며, 상기 토출구가 상기 스테이지를 가로지르는 방향으로 이동하면서 상기 슬러리의 레이어가 제공되도록 제어될 수 있다.
상기 토출구는 매쉬형태의 그릴을 포함할 수 있다.
상기 그릴의 매쉬홀의 크기는 25㎛ 이상 5mm이하일 수 있다.
상기 적층제조용 블레이딩 노즐은, 상기 토출구의 일측 또는 양측에 배치되고 상기 토출구의 장축방향으로 연장된 보조 블레이드를 더 구비할 수 있다.
상기 적층제조용 블레이딩 노즐은, 상기 토출구의 양측에 배치되고 상기 토출구의 단축 방향으로 연장된 가이드를 더 구비할 수 있다.
상기 실린더 내에 상기 실린더를 따라 움직이며, 상기 슬러리에 압력을 가하여 상기 슬러리를 상기 토출구로 밀어내는 피스톤을 더 구비하며, 상기 실린더는 복수개의 공간으로 분리되고, 상기 피스톤은 상기 복수개의 공간에 각각 구비될 수 있다.
상기 피스톤은 일체형으로 제어될 수 있다.
상기 실린더의 상기 복수개의 공간에는 서로 상이한 종류의 슬러리가 담기도록 구성될 수 있다.
상기 실린더의 상기 복수개의 공간에 위치된 상기 피스톤은 개별적으로 제어될 수 있다.
상기 토출구 쪽으로 향할수록, 폭이 좁아지는 노즐구를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 적층제조용 블레이딩 노즐은 이동방향으로 회전하는 개폐식 롤러를 구비하고 스테이지 위에 슬러리를 토출하는 토출구 및 상기 슬러리를 담고, 상기 슬러리를 하단에 연결된 상기 토출구로 제공하도록 구성된 실린더를 포함하며, 상기 개폐식 롤러는 일측에 탄성부재를 구비하고, 상기 스테이지로부터 타측에 가해지는 압력에 의해 상기 토출구를 개폐하고, 상기 개폐식 롤러와 상기 토출구 사이의 이격거리는 적층될 레이어의 두께에 대응되도록 제어되며, 상기 토출구가 상기 스테이지를 가로지르는 방향으로 이동하면서 상기 슬러리의 레이어가 제공되도록 제어되며, 상기 토출구가 상기 스테이지를 가로지르는 방향으로 이동하면서 상기 슬러리의 레이어가 제공되도록 제어될 수 있다.
상기 적층제조용 블레이딩 노즐은, 상기 개폐식 롤러의 전후 양측 또는 일측에 보조 블레이드를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조용 블레이딩 노즐에 의하면, 노즐로 슬러리를 토출하는 공정과 슬러리를 블레이딩하는 공정을 동시에 수행하여, 한번의 공정으로 한층씩 슬러리를 적층하여 적층효율을 높이는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조용 블레이딩 노즐에 의하면, 다양한 종류의 슬러리를 혼합하며 적층하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조용 블레이딩 노즐에 의하면, 노즐과 블레이드를 일체형으로 구성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조용 블레이딩 노즐에 의하면, 적층제조용 블레이딩 노즐의 이동방향에 상관없이 양방향으로 모두 슬러리를 적층할 수 있어서 적층속도를 높일 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 적층제조방식에 따른 피적층물의 제공 방식을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 적층제조용 블레이딩 노즐의 투시사시도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 보조 블레이드가 구비된 적층제조용 블레이딩 노즐의 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 적층제조용 블레이딩 노즐의 적층 동작을 설명하기 위한 측면도이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 복수개의 실린더를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐의 투시사시도이다.
도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 복수개의 실린더를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐의 사시도이다.
도 4c는 도 4b의 적층제조용 블레이딩 노즐에서, 실린더마다 서로 다른 슬러리를 채워넣은 모습을 나타낸 투시사시도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 개폐식 롤러를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐의 토출구가 폐쇄된 상태의 측면도이다.
도 5b는 도 5a의 개폐식 롤러를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐의 토출구가 열린 상태의 측면도이다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 개폐식 롤러와 보조 블레이드를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐의 사시도이다.
도 6b는 도 6a의 개폐식 롤러와 보조 블레이드를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐의 적층 동작을 설명하기 위한 측면도이다.
도 6c는 도 6a의 개폐식 롤러와 보조 블레이드를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐이 적층면을 쌓는 모습을 나타낸 사시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
적층제조용 블레이딩 노즐은 스테이지의 폭과 유사한 길이로서, 스테이지의 길이방향으로 이동하면서 슬러리를 적층한다. 본 명세서에서 스테이지의 길이방향(적층제조용 블레이딩 노즐의 이동방향)을 단축 또는 단축 방향이라고 정의한다. 스테이지의 폭방향(적층제조용 블레이딩 노즐의 이동방향의 수직방향)을 장축 또는 장축 방향이라고 정의한다.
본 명세서에서 레이어(layer)는 적층될 때 도포되는 하나의 층을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 적층제조용 블레이딩 노즐의 투시사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조용 블레이딩 노즐(220)은 스테이지 위에 슬러리를 토출하는 토출구(228), 슬러리에 압력을 가하여 슬러리를 토출구(228)로 밀어내는 피스톤(221) 및 피스톤(221)의 이동경로를 제공하며 슬러리를 하단에 연결된 토출구(228)로 제공하도록 구성된 실린더(225)를 포함하고, 토출구(228)와 스테이지 사이의 거리는 적층하는 레이어의 두께에 대응되도록 제어된다. 이때, 토출구(228)가 스테이지를 가로지르는 방향으로 이동하면서 슬러리 레이어의 표면을 균일하게 하는 것을 특징으로 한다.
이때, 피스톤은 생략될 수 있다. 다시 말해서, 피스톤이 가하는 압력은 스테이지 적층면과 토출구에 작용하는 음압이나, 슬러리에 작용하는 중력에 의한 토출압으로 대신될 수 있다.
슬러리는 광경화성 레진을 포함할 수 있다. 광경화성 레진은 광 에너지에 의해 경화되는 조성물로서, 바인더 및 광개시제를 포함할 수 있다. 바인더는 광중합 반응에 의해 고분자 매트릭스를 형성하는 유기물일 수 있다.
슬러리가 광경화성 레진을 포함하는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조용 블레이딩 노즐은 광경화 방식의 3D 프린팅용 노즐로 사용될 수 있다. 예를 들어, SLA(Stereo Lithography Apparatus), DLP(Digital Light Processing), SLS(Selective Laser Sintering) 등에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조용 블레이딩 노즐은 광원이 스테이지의 상부에 배치되어 상부에서 하부로 광을 조사하도록 구성된 탑다운 방식의 광경화 3D 프린팅용 노즐로 사용될 수 있다.
토출구(228)는 매쉬형태의 그릴을 포함할 수 있다. 매쉬형태의 그릴은 슬러리가 토출될 때 슬러리에 저항력을 인가하여, 토출구(228)의 전체영역에서 슬러리의 토출 양이 균일하도록 평준화할 수 있다. 매쉬홀의 형태는 도 2에 도시된 바와 같이, 정사각형 형태일 수 있다. 이 경우, 매쉬홀의 일변의 길이(d)가 매쉬홀의 크기로 정의될 수 있다. 메쉬홀의 크기(d)는 25㎛ 이상 5mm이하일 수 있다. 매쉬홀의 크기가 25㎛미만일 경우 슬러리 내의 입자가 걸릴 수 있으며, 5mm를 초과할 경우 슬러리가 피스톤의 가압없이 흘러내릴 수 있다.
몇몇 실시예에서, 매쉬홀의 형태는 정사각형 이외의 다각형 또는 원형일 수 있다. 매쉬홀이 다각형일 때, 매쉬홀의 크기(d)는 매시홀의 변들 중 가장 작은 단변의 길이로 정의될 수 있으며, 매쉬홀이 원형일 때, 매쉬홀의 크기(d)는 직경으로 정의될 수 있다. 매쉬홀의 단변 또는 직경의 크기(d)가 25㎛ 이상 5mm이하로 구성되는 경우, 슬러리 내의 입자가 매쉬 그릴에 걸리지 않고, 용이하게 토출구(228)를 통해 토출될 수 있다.
토출구(228)는 실린더(225)와 연결된다. 실린더(225)는 내부에 슬러리를 보관하며, 피스톤(221)의 이동경로를 제공하는 역할을 한다. 실린더(225)는 원 또는 다각형의 단면을 갖는 중공관의 구조일 수 있다. 실린더(225)의 토출구(228)와 연결되는 부분에 노즐구(227)가 배치될 수 있다. 노즐구(227)는 토출구(228)로 갈수록 단축방향으로의 단면 폭이 좁아지는 형태일 수 있다.
피스톤(221)은 실린더(225) 내에 삽입되며, 슬러리에 압력을 가하여 슬러리를 토출구(228)로 밀어낸다. 피스톤(221)은 실린더(225)의 길이방향의 단면과 동일한 밑면을 갖는다. 피스톤(221)은 가압밀대(223)와 같은 가압부재로부터 압력을 받아서 실린더(225)를 따라 움직일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조용 블레이딩 노즐(220)은 실린더(225)에 보관된 슬러리가 피스톤(221)에 의해 밀려 토출구(228)로 토출되며, 토출구(228)의 장축방향에 따라 라인형태로 스테이지에 도포된다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른, 적층제조용 블레이딩 노즐(220)은 토출구(228)의 장축과 단축의 비가 극단적인 직사각형의 구조로 형성함으로써, 토출구(228)의 면을 블레이드처럼 사용할 수 있다. 이에, 슬러리를 제공하는 노즐과 슬러리를 스테이지 상에 레이어로 도포하기위한 블레이드가 일체화될 수 있으며, 적층제조 장치의 구성이 간소화될 수 있다.
이 경우, 적층제조용 블레이딩 노즐(220)은 제공하고자 하는 슬러리 레이어의 두께에 대응되는 높이로 스테이지에 근접하며, 스테이지를 가로지르는 방향으로 수평 이동되도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 스테이지와 적층제조용 블레이딩 노즐(220)의 거리는 50㎛ 이내일 수 있다. 이때, 스테이지에 제공되는 슬러리의 레이어 두께는 50㎛ 이내로 제어될 수 있다.
한편, 토출구(228)를 통해 제공되는 슬러리의 양이 일정하도록 적층제조용 블레이딩 노즐(220)이 움직이는 동안, 레이어의 부피에 해당되는 양만큼 슬러리를 토출할 수 있도록 피스톤의 움직임이 제어될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 보조 블레이드가 구비된 적층제조용 블레이딩 노즐의 사시도이다.
적층제조용 블레이딩 노즐(320)은 보조 블레이드(310)를 더 구비할 수 있다.
보조 블레이드(310)는 레이어 상면을 평탄화하는 역할을 한다. 보조 블레이드(310)는 직사각형의 판상구조를 갖는다. 보조 블레이드(310)는 토출구(228)의 일측 또는 양측에 배치되고 토출구(228)의 장축방향으로 연장된 구조로 위치한다. 보조 블레이드(310)는 토출구(228)에서 스테이지 방향으로 내려온 형태로 연결된다. 따라서, 보조 블레이드(310)의 말단이 최종 레이어의 표면을 평탄화하며 지나간다.
보조 블레이드(310)가 없는 경우 적층제조용 블레이딩 노즐(320)은 토출구(228)의 하면이 레이어의 상면에 닿도록 제어된다. 그러나, 보조 블레이드(310)를 구비함으로써, 적층제조용 블레이딩 노즐(320)은 토출구(228)보다 아래에 위치하는 보조 블레이드(310)의 말단이 레이어의 상면에 닿도록 제어될 수 있다. 즉 적층제조용 블레이딩 노즐(320)은 적층해야 할 레이어의 두께보다 스테이지에서 이격할 수 있다. 따라서, 적층제조용 블레이딩 노즐(320)은 슬러리가 토출될 토출공간을 더 많이 확보할 수 있다. 즉, 보조 블레이드(310)를 구비함으로써, 적층제조용 블레이딩 노즐(320)은 토출공간을 더 많이 확보할 수 있고, 이 토출공간에 쌓인 과량의 슬러리를 블레이딩함으로써, 보조 블레이드(310)가 없는 경우보다 균일한 레이어 표면을 확보할 수 있다.
적층제조용 블레이딩 노즐(320)은 가이드(311)를 더 구비할 수 있다. 토출량이 과량인 경우 슬러리가 토출구(228)의 양 측면으로 새어나가는 경우가 생기므로, 이를 막는 구성요소로서 가이드(311)를 구비할 수 있다. 가이드(311)는 토출구(310)의 장축방향의 양 끝에 단축방향으로 연장된 구조일 수 있다. 즉, 가이드(311)는 사각형의 판상형태일 수 있다. 가이드(311)의 길이는 적층제조용 블레이딩 노즐(320)에서 스테이지까지의 거리보다 작거나 같을 수 있다. 가이드(311)는 적층되는 레이어의 최소 두께보다 작은 길이가 바람직하다. 가이드(311)를 구비함으로써, 과량의 슬러리가 경화면 밖으로 이탈하는 것을 막아서 슬러리의 낭비를 막는 효과가 있다.
도 3b는 도 3a의 적층제조용 블레이딩 노즐의 적층 동작을 설명하기 위한 측면도이다.
적층제조용 블레이딩 노즐(320)은 토출구(228)로 슬러리(330)를 토출하면서, 토출구(228) 자체로 슬러리(330)를 블레이딩할 수 있다. 원활한 블레이딩을 위하여 적층제조용 블레이딩 노즐(320)은 스테이지와 적층 레이어(335)의 두께만큼 이격된 채 이동한다.
적층제조용 블레이딩 노즐(320)이 보조 블레이드(310)를 구비한 경우 스테이지와 보조 블레이드(310)가 적층 레이어(335)의 두께만큼 이격한 채 이동해야 하므로, 적층제조용 블레이딩 노즐(320)은 보조 블레이드(310)의 길이만큼 더 이격된 채 이동한다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 복수개의 실린더를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐의 투시사시도이다.
적층제조용 블레이딩 노즐(420)은 실린더를 다수 개 구비하거나, 다수로 분리된 실린더 공간(425a, 425b, 425c)을 구비할 수 있다. 이 경우 실린더는 내부에 칸막이가 형성된 구조이거나, 다수의 실린더가 토출구의 일부를 차지하며 토출구(228)를 공유하는 형태로 구성될 수 있다. 다수의 실린더는 일체형으로 제어되어 슬러리를 균일하게 가압할 수 있다. 실린더가 토출구의 장축방향으로 다수 개 구비될 경우 위치별로 상이한 소재로 구성된 레이어가 적층될 수 있다.
다수의 실린더 공간(425a, 425b, 425c)이 구비된 경우 각각의 피스톤(421)은 일체형으로 또는 독립적으로 제어될 수 있다. 다수의 피스톤(421)이 일체형으로 제어되는 경우 피스톤(421)에 의해 토출되는 슬러리의 양이 실린더 공간별로 동일하게 제어되는 효과가 있다.
다수의 피스톤(421)이 일체형으로 제어되는 경우 가압밀대를 일체형으로 구성할 수 있다. 각 실린더별로 토출되는 슬러리의 양이 일정하다면 레이어에 동일한 비율로 각 실린더별 슬러리를 토출할 수 있다.
다수의 피스톤(421)이 독립적으로 제어될 경우 각 실린더에 채워진 슬러리의 토출비를 제어할 수 있다. 따라서, 각 피스톤(421)의 이동거리를 제어함으로써, 레이어에 도포되는 슬러리의 비율을 제어할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 복수개의 실린더를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐의 사시도이다.
적층제조용 블레이딩 노즐(420)은 다수의 실린더 또는 공간이 분리된 실린더(425)를 토출구(228)의 단축방향으로 구비할 수 있고, 장축방향으로도 구비할 수 있다. 또는, 양방향 모두로도 구비할 수 있다. 도 4b는 장축과 단축방향으로 각각 3분할된 실린더(425)를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐(420)의 사시도이다. 따라서, 적층제조용 블레이딩 노즐(420)은 9개의 분리된 공간을 구비할 수 있다.
도 4c는 도 4b의 적층제조용 블레이딩 노즐에서, 실린더마다 서로 다른 슬러리를 채워넣은 모습을 나타낸 투시사시도이다.
도 4b와 같이 9개의 구분된 공간을 구비한 경우 각 공간별로 상이한 슬러리를 채워넣을 수 있다. 이때, 슬러리는 색상이 상이할 수 있다. 적층제조용 블레이딩 노즐(420)은 단축방향으로 셋으로 분리된 실린더(431a, 431b, 431c)를 구비할 수 있다. 또한, 적층제조용 블레이딩 노즐(420)은 단축방향으로 분리된 세 개의 실린더에 물감의 삼원색을 갖는 슬러리를 각각 채워 넣을 수 있다.
적층제조용 블레이딩 노즐(420)이 단축방향으로 분리된 실린더(425)를 구비할 경우 적층제조용 블레이딩 노즐(420)이 움직이는 동안 단축방향으로 나열된 실린더들(431a, 431b, 431c)이 토출하는 물질들이 섞이면서 적층된다. 장축방향으로 구분된 실린더들(431, 432, 433)은 토출량을 동일하게 유지하여 균일한 층높이를 유지할 수 있다. 그러나, 단축방향으로 구비된 실린더들(431a, 431b, 431c)의 토출량은 피스톤의 움직임에 따라 서로 상이하게 제어될 수 있다. 적층제조용 블레이딩 노즐(420)은 단축방향으로 구비된 실린더들(431a, 431b, 431c)의 토출량을 서로 상이하게 제어하여, 단축방향으로 구비된 실린더들(431a, 431b, 431c)을 통해 공급되는 슬러리들의 배합비를 제어할 수 있으며, 이를 통해 다양한 색이나 조성의 슬러리를 적층할 수 있다.
적층제조용 블레이딩 노즐(420)이 보조 블레이드를 구비한다면, 스테이지와 적층제조용 블레이딩 노즐(420) 사이의 거리를 키울 수 있다. 스테이지와 적층제조용 블레이딩 노즐(420) 사이의 공간에 토출구에서 토출된 슬러리들이 함께 존재하므로 스테이지와 적층제조용 블레이딩 노즐(420) 사이의 공간은 혼합공간으로서 기능할 수 있다. 적층제조용 블레이딩 노즐(420)이 보조 블레이드를 구비할 경우 혼합공간이 늘어나므로 혼합효율이 증대될 수 있다. 따라서, 적층제조용 블레이딩 노즐(420)이 다양한 물질을 함께 토출하는 경우에도 균일한 조성의 적층이 가능하다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 개폐식 롤러를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐의 토출구가 폐쇄된 상태의 측면도이다.
본 발명의 다른 실시예로서, 적층제조용 블레이딩 노즐(520)은 개폐식 롤러(526a)를 구비하여 토출구(528)를 개폐할 수 있는 구조일 수 있다.
적층제조용 블레이드 노즐(520)은 이동방향으로 회전하는 개폐식 롤러(526a)를 구비하고 스테이지(140) 위에 슬러리를 토출하는 토출구(528), 슬러리에 압력을 가하여 슬러리를 토출구로 밀어내는 피스톤 및 실린더를 포함할 수 있다. 개폐식 롤러(526a)를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐(520)에서도 피스톤은 생략될 수 있다. 다시 말해서, 개폐식 롤러(526a)의 표면과 슬러리 사이의 점성으로 인하여 개폐식 롤러(526a)는 슬러리를 부착한 채 바닥면과 닿을 수 있다. 따라서, 개폐식 롤러(526a)는 피스톤이 없어도 슬러리를 바닥면에 부착하며 회전할 수 있다.
개폐식 롤러(526a)의 직경은 토출구(528)의 단축방향 길이보다 크다. 또한, 개폐식 롤러(526a)의 일부가 토출구(528) 밖으로 노출된 채 롤러축(526b)을 중심으로 단축방향으로 회전한다. 즉, 개폐식 롤러(526a)의 회전축은 토출구(528)의 내부에 위치하며, 적층제조용 블레이딩 노즐(520)이 이동됨에 따라 토출구(528) 밖으로 노출된 개폐식 롤러(526a)의 면에 가해지는 마찰력으로 회전되도록 구성된다. 개폐식 롤러(526a)의 직경이 토출구(528)의 단축방향 길이보다 크므로, 개폐식 롤러(526a)는 토출구(528) 밖으로 이탈되지 않을 수 있다. 개폐식 롤러(526a)는 일측에 탄성부재(526c)를 구비하여 타측의 압력에 의해 토출구(528) 안쪽으로 밀려들어갈 수 있다. 개폐식 롤러(526a)가 타측으로부터 압력을 받지 않는 경우 토출구(528)를 막는 역할을 할 수 있다. 여기서, 탄성부재(526c)는 스프링일 수 있다. 개폐식 롤러(526a)는 일측에 탄성부재(526c) 대신 프로그램으로 제어되는 상승 및 하강 수단을 구비하여 개폐 정도를 제어할 수 있다.
도 5b는 도 5a의 개폐식 롤러를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐의 토출구가 개방된 상태의 측면도이다.
적층제조용 블레이딩 노즐(520)이 스테이지(140)를 가압하며 지나갈 경우 개폐식 롤러(526a)는 타측으로부터 압력을 받게 된다. 따라서, 개폐식 롤러(526a)는 일측인 토출구(528) 안쪽으로 밀려 들어간 채 적층제조용 블레이딩 노즐(520)이 이동하는 방향으로 회전한다. 이 경우 토출구(528)와 개폐식 롤러(526a) 사이에 공간이 생긴다. 이 공간으로 슬러리가 토출될 수 있다. 토출량을 높이기 위하여 적층제조용 블레이딩 노즐(520)을 스테이지 방향으로 가압한 채 이동할 수 있다.
개폐식 롤러(526a)가 눌렸을 때, 개폐식 롤러(526a)와 토출구(528) 사이의 간격은 10㎛이상 3mm이하일 수 있다. 개방되었을 때, 토출구(528)와 개폐식 롤러(526a) 사이의 거리가 10㎛미만인 경우 토출량이 지나치게 적을 수 있고, 3mm보다 큰 경우 토출량의 변동이 클 수 있다.
개폐식 롤러(526a)가 사용될 경우 토출구(528)와 스테이지(140) 사이의 거리는 개폐식 롤러(526a)가 스테이지(140) 상단과 접촉할 때, 토출구(528)와 개폐식 롤러(526a) 사이에 발생하는 이격거리에 비례한다.
몇몇 실시예에서, 개폐식 롤러(526a)와 토출구(528) 사이의 이격거리는 적층될 레이어의 두께에 대응되도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 개폐식 롤러(526a)를 고정하는 롤러축이 노즐구 내에서 이동이 가능하도록 구성될 수 있고, 개폐식 롤러(526a)의 롤러축의 위치를 제어함으로써, 개폐식 롤러(526a)와 토출구(528) 사이의 이격거리가 제어될 수 있다. 이 경우, 개폐식 롤러(526a)의 롤러축의 이동을 가이드하도록 가이드 레일이 노즐구내에 더 배치될 수 있고, 롤러축의 이동은 모터를 통해 제어될 수 있다.
개폐식 롤러(526a)로 막히는 토출구(528)로 두 종류 이상의 슬러리가 토출될 수 있으며, 개폐식 롤러(526a)의 회전에 의해 두 종류 이상의 슬러리가 혼합되면서 스테이지(140) 상에 적층될 수 있다.
개폐식 롤러(526a)는 스테이지(140)에 닿았을 때 자동으로 회전하는 동력회전방식일 수 있다. 이 경우 슬러리의 전달이 보다 원활히 될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 개폐식 롤러를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐은 스테이지의 거의 대부분의 면을 경화하는 전체 경화방법에 적합한 노즐일 수 있다. 구체적으로, 전체 경화방법이란 제품영역에서 벗어난 주변영역까지 경화하는 한편, 제품영역과 주변영역을 분리할 수 있도록 경계에 미경화영역을 남겨두는 경화방법을 의미할 수 있다. 개폐식 롤러(526a)를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐(520)은 상술한 전체 경화방법에 적합할 수 있다.
즉, 전체 경화방법에서는 스테이지의 거의 모든 영역이 경화된다. 그렇기 때문에, 개폐식 롤러(526a)가 스테이지를 가로지르면서 지나는 면은 대부분 단단(즉, 경화된 면이다)하다. 따라서, 개폐식 롤러(526a)가 스테이지로부터 받는 압력과 마찰력이 균일하다. 개폐식 롤러(526a)를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐(520)은 압력에 의해 개폐된다. 압력이 균일하므로 개폐식 롤러(526a)가 밀려들어간 깊이도 동일하다. 따라서, 개폐식 롤러(526a)과 토출구(528)사이에 벌어진 간격도 일정하다. 해당 간격으로 토출되는 슬러리 양도 더 균일할 수 있다. 마찰력이 균일하므로, 개폐식 롤러(526a)의 회전 속도가 균일하다. 따라서, 개폐식 롤러(526a)의 회전으로 인한 슬러리의 혼합 정도도 균일해질 수 있다. 이에, 본 발명의 다른 실시예에 따른 개폐식 롤러를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐은 전체 경화방법에서 서로 상이한 조성을 갖는 복수의 슬러리로 구성된 단일 레이어를 안정적으로 제공해 줄 수 있는 구성으로 사용될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 개폐식 롤러와 보조 블레이드를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐의 사시도이고, 도 6b는 도 6a의 개폐식 롤러와 보조 블레이드를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐의 적층 동작을 설명하기 위한 측면도이다.
개폐식 롤러(526a)가 구비된 적층제조용 블레이딩 노즐(620)은 층의 두께를 균일하게 적층하기 위해 보조 블레이드(610)를 더 구비할 수 있다. 보조 블레이드(610)는 단축방향으로 토출구(528)의 전후에 부착될 수 있다. 보조 블레이드(610)의 말단과 스테이지(140) 사이의 거리에 따라 레이어(635)의 두께가 결정된다. 보조 블레이드(610)는 고무와 같은 탄성부재일 수 있다.
보조 블레이드(610)는 탈착식으로 구비될 수 있다. 따라서, 슬러리의 종류에 따라 적합한 높이 및 탄성을 가진 보조 블레이드(610)가 선택되어 일측 또는 양측에 체결될 수 있다.
보조 블레이드(610)와 개폐식 롤러(526a) 사이의 공간에 슬러리(630)가 토출되며, 개폐식 롤러(526a)가 회전하면서 슬러리(630)가 혼합된다. 따라서, 보조 블레이드(610)가 구비되어 슬러리(630)가 혼합되는 공간이 커지면, 슬러리(630)가 체류하는 기간이 길어진다. 따라서, 토출구(528)에서 두 종류 이상의 슬러리(630)가 토출되었을 때 혼합효율이 향상될 수 있다.
도 6c는 도 6a의 개폐식 롤러와 보조 블레이드를 구비한 적층제조용 블레이딩 노즐이 레이어를 쌓는 모습을 나타낸 사시도이다.
보조 블레이드는 적층제조용 블레이딩 노즐의 단축방향으로 양측에 구비될 수 있다. 이 경우 적층제조용 블레이딩 노즐은 양측 어느 방향으로 이동하여도 이동방향을 기준으로 후면에 구비된 보조 블레이드의 블레이딩 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 기존에 일측에 쌓인 토출물을 블레이드가 한방향으로 블레이딩하는 방식에 비하여 양측으로 이동하며 토출 및 블레이딩하는 본 발명이 두배의 적층 속도를 얻을 수 있다.
구체적으로 기존의 방법의 경우 토출물을 일측에 토출하고, 타측으로 이동하며 블레이딩한다. 이후 블레이드가 일측으로 돌아와서 일측에 토출된 토출물을 다시 타측으로 이동하며 블레이딩하는 과정을 반복한다.
본 발명의 경우 적층제조용 블레이딩 노즐이 일측에서 타측으로 지나갈 때와 타측에서 일측으로 이동할 때 모두 블레이딩이 가능하므로 블레이드가 블레이딩 없이 되돌아오는 과정을 생략할 수 있다.
또한 같은 이유로 토출구를 사용하여 블레이딩하는 도 2의 실시예 역시 양측 방향으로 적층이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적층제조용 블레이딩 노즐은 토출구가 스테이지에 근접하여 이동하도록 함으로써, 블레이드 없이 레이어의 상면을 평탄화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 적층제조용 블레이딩 노즐은 토출구에 매쉬형태의 그릴을 포함함으로써, 슬러리가 전면에 균일하게 토출될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 적층제조용 블레이딩 노즐은 토출구의 장축방향으로 연장된 보조 블레이드를 토출구의 일측 또는 양측에 더 구비함으로써, 레이어의 상면의 평탄도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 적층제조용 블레이딩 노즐은 토출구의 양측에 배치되고 토출구의 단축 방향으로 연장된 가이드를 더 구비함으로써, 적층 과정에서 레이어를 벗어나는 슬러리의 양을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 실린더가 복수개의 공간으로 분리되고, 복수개의 공간에 서로 상이한 종류의 슬러리를 담음으로써, 부위별, 층상별로 색상 또는 조성이 상이한 레이어를 적층할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 적층제조용 블레이딩 노즐은 토출구를 향할수록 폭이 좁아지는 노즐구를 포함함으로써, 슬러리의 토출압을 높은 정도로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 적층제조용 블레이딩 노즐은 개폐식 롤러를 구비함으로써, 슬러리의 토출량을 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 적층제조용 블레이딩 노즐은 보조 블레이드를 더 구비함으로써, 레이어의 균일성을 향상시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 블레이드 120: 노즐
130, 330, 630: 슬러리 135, 335, 635: 레이어
140: 스테이지
220, 320, 420, 520, 620: 적층제조용 블레이딩 노즐
221: 피스톤 223: 가압밀대
225, 425: 실린더 227: 노즐구
228, 528: 토출구 310, 610: 보조 블레이드
311: 가이드 526a: 개폐식 롤러
326b: 롤러축 326c: 탄성부재

Claims (13)

  1. 스테이지 위에 슬러리를 토출하는 토출구; 및
    상기 슬러리를 담고, 상기 슬러리를 하단에 연결된 상기 토출구로 제공하도
    록 구성된 실린더를 포함하며,
    상기 실린더 내에 상기 실린더를 따라 움직이며, 상기 슬러리에 압력을 가하
    여 상기 슬러리를 상기 토출구로 밀어내는 피스톤을 더 구비하며,
    상기 실린더는 복수개의 공간으로 분리되고,
    상기 피스톤은 상기 복수개의 공간에 각각 구비되고,
    상기 토출구와 상기 스테이지 사이의 거리는 제공될 상기 슬러리의 레이어 두께에 대응되도록 제어되며, 상기 토출구가 상기 스테이지를 가로지르는 방향으로 이동하면서 상기 슬러리의 레이어가 제공되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 적층제조용 블레이딩 노즐
  2. 제1항에 있어서,
    상기 토출구는 매쉬형태의 그릴을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층제조용 블레이딩 노즐
  3. 제2항에 있어서,
    상기 그릴의 매쉬홀의 크기는 25㎛ 이상 5mm이하인 것을 특징으로 하는 적층제조용 블레이딩 노즐
  4. 제2항에 있어서,
    상기 적층제조용 블레이딩 노즐은,
    상기 토출구의 일측 또는 양측에 배치되고 상기 토출구의 장축방향으로 연장된 보조 블레이드를 더 구비한 것을 특징으로 하는 적층제조용 블레이딩 노즐
  5. 제2항에 있어서,
    상기 적층제조용 블레이딩 노즐은,
    상기 토출구의 양측에 배치되고 상기 토출구의 단축 방향으로 연장된 가이드를 더 구비한 것을 특징으로 하는 적층제조용 블레이딩 노즐
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤은 일체형으로 제어되는 것을 특징으로 하는 적층제조용 블레이딩 노즐
  8. 제1항에 있어서,
    상기 실린더의 상기 복수개의 공간에는 서로 상이한 종류의 슬러리가 담기도록 구성된 것을 특징으로 하는 적층제조용 블레이딩 노즐
  9. 제8항에 있어서,
    상기 실린더의 상기 복수개의 공간에 위치된 상기 피스톤은 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 적층제조용 블레이딩 노즐
  10. 제1항에 있어서,
    상기 실린더는,
    상기 토출구 쪽으로 향할수록, 폭이 좁아지는 노즐구를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층제조용 블레이딩 노즐
  11. 이동방향으로 회전하는 개폐식 롤러를 구비하고 스테이지 위에 슬러리를 토
    출하는 토출구; 및
    상기 슬러리를 담고, 상기 슬러리를 하단에 연결된 상기 토출구로 제공하도
    록 구성된 실린더를 포함하며,
    상기 실린더 내에 상기 실린더를 따라 움직이며, 상기 슬러리에 압력을 가하
    여 상기 슬러리를 상기 토출구로 밀어내는 피스톤을 더 구비하며,
    상기 실린더는 복수개의 공간으로 분리되고,
    상기 피스톤은 상기 복수개의 공간에 각각 구비되고,
    상기 개폐식 롤러는 일측에 탄성부재를 구비하고, 상기 스테이지로부터 타측에 가해지는 압력에 의해 상기 토출구를 개폐하고,
    상기 개폐식 롤러와 상기 토출구 사이의 이격거리는 적층될 레이어의 두께에 대응되도록 제어되며, 상기 토출구가 상기 스테이지를 가로지르는 방향으로 이동하면서 상기 슬러리의 레이어가 제공되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 적층제조용블레이딩 노즐
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적층제조용 블레이딩 노즐은,
    상기 개폐식 롤러의 전후 양측 또는 일측에 보조 블레이드를 구비한 것을 특징으로 하는 적층제조용 블레이딩 노즐
  13. 제11항에 있어서,
    상기 적층제조용 블레이딩 노즐은 전체 경화 방식의 적층제조에 적용되는 것을 특징으로 하는 적층제조용 블레이딩 노즐
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