KR102449995B1

KR102449995B1 - 금속 3d 프린터 출력물을 에워싼 잔여 분말을 제거하고, 제거된 분말 중 재활용 가능한 일부를 회수하기 위한 장치

Info

Publication number: KR102449995B1
Application number: KR1020210078278A
Authority: KR
Inventors: 손현진; 양시훈; 박세영; 김주원; 김동현
Original assignee: 메탈쓰리디 주식회사; 윈포시스 주식회사
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2022-10-06

Abstract

금속 3D 프린터 출력물을 에워싼 잔여 분말을 신속하게 제거하고, 제거된 분말 중 재활용 가능한 일부 회수하는 장치를 개시한다.
실시예에 따른 장치는 전면이 개방 가능하도록 구성된 제1 부스; 상기 제1 부스의 내부에 구비되고, 피작업물을 고정하는 지그유닛; 상기 제1 부스의 내부에 구비되되 상기 지그유닛의 직 하방에 배치되는 호퍼; 상기 제1 부스의 내부에 구비되되 상기 호퍼의 직 하방에 배치되고, 상기 피작업물에서 제거되어 낙하하는 분말을 수집하는 수집함; 상기 제1 부스의 인근에 배치되고, 전면이 개방 가능하도록 구성된 제2 부스; 및 상기 제2 부스의 내부에 구비되는 진동분체기;를 포함하고, 상기 지그유닛은, 상기 호퍼의 중심축과 수직을 이루는 가상의 축을 기준으로 축회전 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

금속 3D 프린터 출력물을 에워싼 잔여 분말을 제거하고, 제거된 분말 중 재활용 가능한 일부를 회수하기 위한 장치{A DEVICE FOR REMOVING THE RESIDUAL POWDER SURROUNDING THE METAL 3D PRINTER OUTPUT AND RECOVERING A RECYCLABLE PART OF THE REMOVED POWDER}

본 개시(The Present Disclosure)는 금속 3D 프린터와 관련된다.

일반적으로 3D 프린터는 DED(Direct Energy Deposition) 방식, PBF(Powder Bed Fusion) 방식, ME(Material Extrusion) 방식으로 구분된다.

한국 등록특허공보 제10-2032888호 및 한국 공개특허공보 제10-2019-0119208호 각각에는 PBF 방식으로 작동하는 3D 프린터의 일례가 게재되어 있다.

PBF 방식은 분말(예 : 플라스틱 분말, 금속 분말, 세라믹 분말 등)을 높은 열의 레이저로 녹여 적층시켜 입체 조형하는 기술을 의미하며, 금속 3D 프린터는 주로 PBF 방식으로 이루어진다.

계속해서, PBF 방식의 금속 3D 프린터로 출력된 출력물(조형물)은 출력된 직 후에 분말 속에 파묻혀 있는 상태이기 때문에, 금속 3D 프린터에서 출력물이 출력된 직 후에는 출력물을 에워싼 잔여 분말을 제거하는 작업이 수행된다.

한편 한국 공개특허공보 제10-2018-0103334를 참조하면, 몇몇 금속 3D 프린터는 출력물이 출력되는 작업부스 내부에서 잔여 분말 제거 작업이 이루어질 수 있도록 구성되기도 한다. 그러나 작업부스 내부에서 잔여 분말 제거 작업이 진행될 경우, 비산되는 분말로 인하여 작업부스와 레이저 헤드가 오염되어, 후속 출력 작업이 지연되고 후속 출력물의 완성도가 낮아질 우려가 있다.

금속 3D 프린터 출력물을 에워싼 잔여 분말을 신속하게 제거하고, 제거된 분말 중 재활용 가능한 일부 회수하는 장치를 제공하는 것이다.

(본 개시의) 실시예에 따른 장치는 전면이 개방 가능하도록 구성된 제1 부스; 상기 제1 부스의 내부에 구비되고, 피작업물을 고정하는 지그유닛; 상기 제1 부스의 내부에 구비되되 상기 지그유닛의 직 하방에 배치되는 호퍼; 상기 제1 부스의 내부에 구비되되 상기 호퍼의 직 하방에 배치되고, 상기 피작업물에서 제거되어 낙하하는 분말을 수집하는 수집함; 상기 제1 부스의 인근에 배치되고, 전면이 개방 가능하도록 구성된 제2 부스; 및 상기 제2 부스의 내부에 구비되는 진동분체기;를 포함하고, 상기 지그유닛은, 상기 호퍼의 중심축과 수직을 이루는 가상의 축을 기준으로 축회전 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

실시예에 따른 장치는, 상기 지그유닛에 부착되어, 피작업물을 둘러싸고 높이 방향으로 길이가 가변되는 주름관유닛;을 더 포함할 수 있다.

또한 상기 지그유닛은, 상기 제1 부스의 일측 벽면에 설치되고, 출력축이 상기 호퍼의 중심축과 수직을 이루는 모터; 상기 출력축에 결합되는 브라켓; 및 상기 브라켓에 결합되되 상기 호퍼의 직 상방에 위치되고, 제자리 회전 가능하도록 구성된 회전판;을 구비할 수 있다.

또한 상기 주름관유닛은, 일측 단부에 제1 플랜지가 구비되고, 타측 단부에 제2 플랜지가 구비된 주름관; 및 상기 제1 플랜지에 고정 설치되되, 이동블록이 상기 제2 플랜지와 결합되는 1축 액추에이터;를 구비할 수 있다.

실시예에 따른 장치를 이용하면, 금속 3D 프린터 출력물을 에워싼 잔여 분말을 신속하고 안전하게 제거 가능하고, 제거된 분말 중 재활용 가능한 일부를 선별하여 회수할 수 있다.

도 1은 피작업물의 개략적인 형태를 나타낸다.
도 2는 실시예에 따른 장치의 사시도이다.
도 3은 실시예에 따른 장치의 제1 부스의 전면과 제2 부스의 전면이 개방된 모습을 나타낸다.
도 4는 실시예에 따른 장치의 요부를 정면에서 본 모습을 나타낸다.
도 5는 지그유닛을 나타낸다.
도 6은 지그유닛에 결합되는 주름관유닛을 나타낸다.
도 7은 주름관유닛의 작동을 나타낸다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 실시예에 따른 장치를 구체적으로 설명한다.

도 1은 피작업물(1)의 개략적인 형태를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 명세서에서 사용되는 피작업물(1)이라는 용어는 베이스판(2)의 상면에 출력물(3)이 PBF 방식의 금속 3D 프린터에 의하여 출력되어 있고, 금속 분말(4)이 출력물(3)을 뒤덮고 있는 사물을 지칭한다. 한편 출력물(3)은 특정 형태로 한정되지 않는다.

도 2는 실시예에 따른 장치(100)의 사시도이고, 도 3은 실시예에 따른 장치(100)의 제1 부스(110)의 전면(111)과 제2 부스(160)의 전면(161)이 개방된 모습을 나타내고, 도 4는 실시예에 따른 장치(100)의 요부를 정면에서 본 모습을 나타낸다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 장치(110)는 제1 부스(110), 지그유닛(120), 호퍼(130), 수집함(140), 제2 부스(160) 및 진동분체기(170)를 필수 구성요소로 포함한다.

실시예에 따른 장치(110)는 금속 3D 프린터의 인근에 배치될 수 있다.

제1 부스(110)와 제2 부스(160)는 나란하게 배치될 수 있다. 도면에 도시된 것과 같이, 제1 부스(110)와 제2 부스(160)가 반드시 밀착되어야 하는 것은 아니며, 제2 부스(160)는 제1 부스(110)로부터 소정 거리 이격되어도 무방하다.

제1 부스(110)는 전면(111)이 개방 가능하도록 구성된다. 전면(111)은 복수 개의 도어로 구성될 수 있다. 전면(111)에는 제1 부스(110)의 내부를 볼 수 있는 투시창(112)이 마련될 수 있다. 또한 전면(111)에는 글러브홀(113)이 마련될 수 있다.

제1 부스(110)의 내부는 상부 공간과 하부 공간으로 분할될 수 있다. 이때 상부 공간에는 지그유닛(120)과 에어건(114)이, 하부 공간에는 수집함(140)이, 상부 공간과 하부 공간의 경계에는 호퍼(130)가 구비될 수 있다.

지그유닛(120)에는 피작업물(1)이 볼트 등의 기계적 결합요소에 의하여 결합된다.

호퍼(130)는 지그유닛(120)의 직 하방에 배치된다.

지그유닛(120)은 호퍼(130)의 중심축과 수직을 이루는 가상의 축을 기준으로 축회전 가능하도록 구성되어, 피작업물(1)을 뒤집는(반전시키는) 기능을 한다(도 5 참조).

지그유닛(120)은 (i) 제1 부스(110)의 일측 벽면에 설치되고, 출력축이 호퍼(130)의 중심축과 수직을 이루는 모터(121)와, (ii) 모터(121)의 출력축에 결합되는 브라켓(122)과, (iii) 브라켓(122)에 결합되되 호퍼(130)의 직 상방에 위치되고, 제자리 회전 가능하도록 구성된[호퍼(130)의 중심축을 기준으로 축회전 가능하도록 구성된] 회전판(123)을 포함할 수 있다. 회전판(123)에는 피작업물(1)이 볼트 등의 기계적 결합요소에 의하여 결합된다.

지그유닛(120)에 의하여, 피작업물(1)이 뒤집어 지면, 출력물(3)을 둘러싼 분말(4)이 제거되어 호퍼(130)를 향해 낙하하게 된다. 이때 회전판(123)이 회전되면, 원심력에 의하여 분발(4)의 제거 작업이 가속화된다.

수집함(140)은 호퍼(130)의 직 하방에 배치되고, 호퍼(130)를 통과하여 제1 부스(110)의 바닥을 향해 낙하하는 분말(4)을 수집한다.

수집함(140)은 사용자가 쉽게 파지할 수 있는 형태(예 : 손잡이를 구비한 형태)로 구성될 수 있다.

에어건(114)은 지그유닛(120)에 의하여, 피작업물(1)에서 분말(4)이 어느 정도 제거된 상태에서, 수작업으로 나머지 분말을 정밀하게 제거하고자 할 때 사용된다.

다시 도 4를 참조하면, 제2 부스(160)는 전면(161)이 개방 가능하도록 구성된다. 전면(161)은 복수 개의 도어로 구성될 수 있다. 전면(161)에는 제2 부스(160)의 내부를 볼 수 있는 투시창(162)이 마련될 수 있다. 또한 전면(161)에는 글러브홀(163)이 마련될 수 있다.

분체기(170)는 제2 부스(160)의 내부에 구비된다. 진동분체기(170)는 제2 부스(160)의 상부 공간에 구비되는 호퍼부(171), 호퍼부(172)의 직 하방에 위치되는 분체부(172), 분체부(173)의 직 하방에 위치되는 회수부(173)로 구성될 수 있다.

진동분체기(170)는 피작업물(1)에서 제거된 분말(4) 중 금속 3D 프린터에 재사용 가능한 일부(입자의 크기가 특정 기준치 이하인 것)를 선별하여 회수하는 기능을 한다.

도 6 내지 도 7을 참조하면, 실시예에 따른 장치(110)는 주름관유닛(150)을 추가적으로 더 포함할 수 있다

주름관유닛(150)은 지그유닛(120)에 설치된다. 주름관유닛(150)은 피작업물(1)을 둘러싸고 높이 방향으로 길이가 가변되도록 구성된다. 구체적으로 주름관유닛(150)은 일측 단부에 제1 플랜지(151a)가 구비되고 타측 단부에 제2 플랜지(151b)가 구비된 주름관(151) 및 제1 플랜지(151a)에 고정 설치되되 이동블록이 제2 플랜지(151b)와 결합되는 1축 액추에이터(152)로 구성될 수 있다.

주름관유닛(150)은 피작업물(1)이 지그유닛(120)에 의하여 반전되거나 회전될 때, 출력물(3)에서 제거되는 분말(4)이 제1 부스(110)의 내부로 넓게 비산되는 것을 방지한다.

앞서 설명된 실시예에 따른 장치(100)를 이용하면, 금속 3D 프린터 출력물(3)을 에워싼 잔여 분말(4)을 신속하고 안전하게 제거 가능하고, 제거된 분말(4) 중 재활용 가능한(입자의 크기가 특정 기준치 이하인 것) 일부를 선별하여 회수할 수 있다.

본 개시의 실시예(들)를 설명할 때 사용된 각종 표현(용어, 시각화된 이미지 등)은 본 개시의 본질적 기술사상을 독자에게 이해하기 쉽게 전달하기 위한 도구적 목적으로 선택된 것에 불과하다.

또한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 본 개시의 실시예(들)를 바탕으로 전술한 실시예(들)와 본질적 기술사상은 동일하지만 외관상으로는 차이가 있는 변형 실시예들을 무수히 창안해 낼 수 있을 것이다.

따라서 본 개시의 권리범위는 '발명의 설명' 및 '도면'에 기재된 일부 표현들에 의해 제한되어선 안 되고, 본 개시의 본질적 기술사상에 의거하여 폭넓게 해석되어야 함이 마땅하다.

100 : 장치
110 : 제1 부스
120 : 지그유닛
130 : 호퍼
140 : 수집함
150 : 주름관유닛
160 : 제2 부스
170 : 진동분체기

Claims

전면이 개방 가능하도록 구성된 제1 부스;
상기 제1 부스의 내부에 구비되고, 피작업물을 고정하는 지그유닛;
상기 제1 부스의 내부에 구비되되 상기 지그유닛의 직 하방에 배치되는 호퍼;
상기 제1 부스의 내부에 구비되되 상기 호퍼의 직 하방에 배치되고, 상기 피작업물에서 제거되어 낙하하는 분말을 수집하는 수집함;
상기 제1 부스의 인근에 배치되고, 전면이 개방 가능하도록 구성된 제2 부스; 및
상기 제2 부스의 내부에 구비되는 진동분체기;를 포함하고,
상기 지그유닛은, 상기 호퍼의 중심축과 수직을 이루는 가상의 축을 기준으로 축회전 가능하도록 구성되고,
상기 지그유닛에 부착되어, 피작업물을 둘러싸고 높이 방향으로 길이가 가변되는 주름관유닛;을 더 포함하는,
상기 주름관유닛은,
일측 단부에 제1 플랜지가 구비되고, 타측 단부에 제2 플랜지가 구비된 주름관; 및
상기 제1 플랜지에 고정 설치되되, 이동블록이 상기 제2 플랜지와 결합되는 1축 액추에이터;를 구비하는 것을 특징으로 하는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 지그유닛은,
상기 제1 부스의 일측 벽면에 설치되고, 출력축이 상기 호퍼의 중심축과 수직을 이루는 모터;
상기 출력축에 결합되는 브라켓; 및
상기 브라켓에 결합되되 상기 호퍼의 직 상방에 위치되고, 제자리 회전 가능하도록 구성된 회전판;을 구비하는 것을 특징으로 하는, 장치.
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