KR102495518B1 - Ｓｌｓ 방식 ３ｄ 프린터의 원료 걸림 제거 장치 및 방법 - Google Patents

Ｓｌｓ 방식 ３ｄ 프린터의 원료 걸림 제거 장치 및 방법 Download PDF

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박정규
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주식회사신도리코
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Abstract

본 발명은 원료인 파우더를 소결시켜 3D 제품을 조형하는 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치로서, 원료가 저장된 파우더 드럼; 상기 파우더 드럼에 저장된 원료를 다른 파우더 드럼 또는 성형 공간으로 이송하는 이송관; 상기 이송관에 압축 공기를 공급하여 상기 파우더 드럼 내의 원료가 이송되도록 하는 진공 이젝터; 및 상기 이송관을 선택적으로 개폐하여 상기 진공 이젝터에 공급된 압축 공기가 원료 이송 방향과 반대 방향으로 공급되도록 하는 온/오프 밸브를 포함하여, 원료 드럼이나 원료 이송관 내에 걸려있는 파우더 뭉치를 쉽고 간단하게 제거할 수 있다.

Description

ＳＬＳ 방식 ３Ｄ 프린터의 원료 걸림 제거 장치 및 방법{Apparatus and method for removing raw material jam of selective laser sintering 3D printing}
본 발명은 SLS 방식 3D 프린터에 관한 것으로서, 구체적으로는 SLS 방식 3D 프린터의 원료 드럼 또는 이송관에 뭉쳐서 걸려있는 원료 파우더의 덩어리를 제거하기 위한 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
3D 프린터는 재료의 연속적인 레이어를 2차원 프린터와 같이 출력하여 이를 적층함으로써 대상물을 만드는 제조 장치로서, 디지털화된 도면 정보를 바탕으로 빠르게 대상물을 제작할 수 있어서 프로토타입 샘플 제작 등에 주로 사용된다.
이러한 3D 프린터의 제품 성형 방식에는, 광경화 수지에 레이저를 주사하여 주사된 부분이 경화되도록 하는 SLA(Stereo Lithography Apparatus) 방식, 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하여 소결시키는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식, 용융 수지를 압출하여 조형하는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식, 고출력 레이저 빔으로 금속을 직접 성형하는 DMT(Laser-aid Direct Metal Tooling) 방식, 기계접합 조형 방식인 LOM(Laminated Object Manufacturing) 방식, 광경화성 수지가 저장된 수조의 하부로 광을 조사하여 경화시키는 DLP(Digital Light Processing) 방식 등이 있다.
이러한 3D 프린터 중에서, 기능성 고분자 또는 금속분말을 소결시켜 3D 제품을 조형하는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식의 3D 프린터는 원료인 파우더를 신규 파우더(new powder)와 중고 파우더(used powder)를 일정 비율 섞어서 사용한다.
구체적으로, 종래의 SLS 방식의 3D 프린터에서 신규 파우더(new powder)와 중고 파우더(used powder)를 혼합하는 작업은 다음과 같다. 먼저, 조형이 완료된 빌드 실린더 안의 원료, 즉 파우더를 조형물과 분리하여 남은 파우더를 중고 파우더(used powder)로 만든다. 이어서, 중고 파우더의 무게를 측정한 후, 측정값에 맞춰 정해진 비율로 신규 파우더를 수동으로 원료 드럼에 공급함으로써 원료의 총 무게를 설정 무게에 맞춘다. 그리고 나서, 원료 혼합 장치를 이용하여 원료 드럼 내의 중고 파우더와 신규 파우더를 혼합한다.
그러나, 종래의 SLS 방식 3D 프린터의 경우, 드럼 내의 중고 파우더와 신규 파우더의 혼합 과정에서 파우더가 뭉쳐서 원료 드럼의 공급 호퍼 또는 이송관에 걸리거나 쌓여서 원료의 자동 이송이 이루어지지 않는 문제가 발생하곤 하였다.
선행기술문헌 1: 한국등록특허 제10-2002003호(2019.07.22. 공고)
선행기술문헌 2: 한국공개특허 제1998-024495호(1998.07.06. 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 원료 드럼이나 원료 이송관 내에 걸려있는 파우더 뭉치를 쉽고 간단하게 제거할 수 있는 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 원료인 파우더를 소결시켜 3D 제품을 조형하는 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치를 개시한다. 이 장치는: 원료가 저장된 파우더 드럼; 상기 파우더 드럼의 배출구에 연결되고, 상기 파우더 드럼에 저장된 원료를 다른 파우더 드럼 또는 성형 공간으로 이송하는 이송관; 상기 이송관의 상류측에 설치되고, 상기 이송관에 압축 공기를 공급하여 상기 파우더 드럼 내의 원료가 이송되도록 하는 진공 이젝터; 및 상기 이송관의 하류측에 설치되고, 상기 이송관을 선택적으로 개폐하여 상기 진공 이젝터에 공급된 압축 공기가 원료 이송 방향과 반대 방향으로 공급되도록 하는 온/오프 밸브를 포함한다.
바람직하게는, 상기 진공 이젝터 및 상기 온/오프 밸브 측으로 각각 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급 수단을 더 포함하고, 상기 온/오프 밸브는 유입된 압축 공기에 서로 맞물려 유로를 폐쇄하는 한 쌍의 다이어프램을 구비한 핀치 밸브인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 압축 공기 공급 수단은: 외부 공기를 고압의 공기로 압축하는 공기 압축기; 상기 공기 압축기의 하류 측에 설치되고, 상기 공기 압축기로부터 생성된 압축 공기 내의 불순물과 수분을 제거하는 필터; 상기 필터의 하류 측에 설치되고, 상기 필터를 통과한 압축 공기의 압력을 조절하는 레귤레이터; 상기 레귤레이터의 하류 측에 설치되고, 상기 레귤레이터에 의해 정압된 압축 공기가 상기 진공 이젝터 및 상기 핀치 밸브로 공급되도록 ON되거나, 상기 압축 공기 공급 수단 내부에 남아있는 압축 공기가 외부로 배출되도록 OFF되는 스타트 밸브; 상기 스타트 밸브의 하류 측에 설치되고, 상기 진공 이젝터와 연결되는 유로를 ON/OFF 제어하여 압축 공기가 상기 진공 이젝터로 공급되도록 하는 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브; 및 상기 스타트 밸브의 하류 측에 설치되고, 상기 핀치 밸브와 연결되는 유로를 ON/OFF 제어하여 압축 공기가 상기 핀치 밸브로 공급되도록 하는 핀치 밸브용 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 진공 이젝터는: 원통 파이프 형상으로 형성되고, 내부에 일방향으로 압축 공기가 흐르는 직선 유로가 형성된 본체; 상기 본체의 둘레를 따라 환형 또는 나선형으로 형성되고, 상기 유로 안으로 압축 공기가 유입되도록 하는 압축 공기 유입구; 및 상기 본체의 후방 측에 형성되고, 상기 압축 공기의 흐름에 의해 발생하는 음압에 의해 파우더를 흡입하는 파우더 흡입구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 전술한 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치를 이용한 원료 걸림 제거 방법을 개시하고, 이 방법은: a) 풀 센서를 이용하여 파우더 드럼에 원료가 차 있는 확인하고, 원료가 차 있는 경우에 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브를 작동시켜 진공 이젝터에 압축 공기를 공급하는 단계; b) 상기 진공 이젝터에 압축 공기가 공급되어 원료가 이송관의 원료 이송 방향을 따라 설정 시간 동안 이송되면, 상기 이송관의 하류 측에 설치된 온/오프 밸브를 폐쇄시키는 단계; c) 상기 온/오프 밸브가 폐쇄된 상태에서 상기 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브의 개방 작동을 유지하여 압축 공기가 원료 이송 방향과 반대방향으로 공급됨으로써 원료의 걸림을 제거하는 단계; 및 d) 설정 시간 경과 후, 상기 온/오프 밸브를 개방하여 상기 이송관의 원료 이송 방향으로 원료가 이송되도록 하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 온/오프 밸브는 유입된 압축 공기에 서로 맞물려 유로를 폐쇄하는 한 쌍의 다이어프램을 구비한 핀치 밸브이고, 상기 단계 b)는, 핀치 밸브용 솔레노이드 밸브를 작동시켜 상기 핀치 밸브에 압축 공기를 공급하는 단계인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 단계 c)는 상기 핀치 밸브에 공급된 압축 공기에 의해 상기 핀치 밸브가 폐쇄되어 상기 이송관의 원료 이송 방향으로의 유로가 폐쇄된 상태에서, 압축 공기가 원료 이송 방향과 반대방향으로 역류함으로써 상기 파우더 드럼의 배출구 또는 상기 이송관에 뭉쳐있는 원료의 걸림을 제거하는 단계인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 단계 d)는, 설정 시간 경과 후, 상기 핀치 밸브용 솔레노이드 밸브를 폐쇄하여 상기 핀치 밸브가 개방되도록 함으로써 상기 이송관의 원료 이송 방향으로 원료가 이송되도록 하는 단계인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 단계 d) 동안에, 로드 셀을 이용하여 상기 파우더 드럼에 원료가 소진되었는지를 확인하고, 원료가 소진된 경우 상기 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브를 폐쇄하여 원료 이송 작업을 완료하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 원료 이송에 사용되는 압축 공기와 핀치 밸브를 이용하여 이송관의 공기 이동 방향을 역류시킴으로써 파우더 드럼 및 이송관에 걸려있는 파우더 뭉치를 간단하게 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 핀치 밸브 및 압축 공기를 이용한 이송관의 유로 폐쇄 구성은 기존 장치에 구비된 압축 공기 공급 수단을 활용함과 동시에 핀치 밸브를 이송관에 추가로 설치하는 간단한 작업에 의해 달성될 수 있어, 종래 장치의 개조가 용이하고 비용 효율적이다.
도 1은 SLS 방식 3D 프린터의 원료 혼합 장치를 개략적으로 도시한 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치를 개략적으로 도시한 개념도,
도 3a와 3b는 핀치 밸브의 구성을 개략적으로 도시한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치와 연결된 압축 공기 공급 수단을 도시한 도면,
도 5는 도 4를 개략적으로 도식화한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치의 진공 이젝터를 도시한 절개 사시도,
도 7a 내지 7c는 본 발명에 따른 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치의 작동 상태를 순차적으로 나타낸 도면,
도 8은 솔레노이드 밸브들의 온/오프 작동에 따른 압축 공기와 파우더의 이송방향을 나타낸 타임차트.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
본 발명에 따른 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치는 도 1에 도시된 원료 혼합 장치에서 혼합된 원료, 즉 파우더가 뭉쳐서 파우더 드럼(300)의 원료 공급 호퍼(320) 및/또는 이송관(30)에 걸려 원료 이송을 방해하는 현상을 방지하기 위한 장치이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 원료 혼합 장치는 제품 조형에 사용하고 남은 중고 파우더를 저장하는 중고 파우더 드럼(100); 신규 파우더를 저장하는 신규 파우더 드럼(200); 중고 파우더 드럼(100)의 중고 파우더와 신규 파우더 드럼(200)의 신규 파우더를 공급받아 혼합하는 혼합 파우더 드럼(300); 중고 파우더 드럼(100), 신규 파우더 드럼(200), 및 혼합 파우더 드럼(300)의 각각의 무게를 측정하는 무게 측정 수단; 및 상기 무게 측정 수단의 측정 결과에 따라, 압축 공기를 이용하여 중고 파우더 드럼(100), 신규 파우더 드럼(200), 및 혼합 파우더 드럼(300)의 내부에 저장된 파우더를 이송 및 혼합하는 이송 및 혼합 수단을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 무게 측정 수단은, 중고 파우더 드럼(100)의 하부에 설치되어 중고 파우더 드럼(100)의 무게 및 내부에 저장된 중고 파우더의 무게를 측정하는 제1 로드 셀(410; LC1), 신규 파우더 드럼(200)의 하부에 설치되어 신규 파우더 드럼(200)의 무게 및 내부에 저장된 신규 파우더의 무게를 측정하는 제2 로드 셀(420; LC2), 및 혼합 파우더 드럼(300)의 하부에 설치되어 혼합 파우더 드럼(300)의 무게 및 내부에 저장된 혼합 파우더의 무게를 측정하는 제3 로드 셀(430; LC3)을 포함한다.
그리고, 상기 이송 및 혼합 수단은, 중고 파우더 드럼(100)과 혼합 파우더 드럼(300)을 연결하는 제1 이송관(10) 상에 설치되어 중고 파우더 드럼(100)에 저장된 중고 파우더를 혼합 파우더 드럼(300)으로 이송하는 제1 진공 이젝터(510; E1), 신규 파우더 드럼(200)과 혼합 파우더 드럼(300)을 연결하는 제2 이송관(20) 상에 설치되어 신규 파우더 드럼(200)에 저장된 신규 파우더를 혼합 파우더 드럼(300)으로 이송하는 제2 진공 이젝터(520; E2), 및 혼합 파우더 드럼(300)의 배출구(310) 측에 연결된 제3 이송관(30) 상에 설치되어 혼합 파우더 드럼(300)에 저장된 중고 파우더와 신규 파우더를 혼합하는 제3 진공 이젝터(530; E3)를 포함한다.
이러한 원료 혼합 장치에 의해, 중고 파우더 드럼(100)에 저장된 중고 파우더와 신규 파우더 드럼(200)에 저장된 신규 파우더는 이송 스크류 등의 별도의 이송 기구 그리고 교반기 등의 별도의 혼합 기구를 사용하지 않고 진공 이젝터(510, 520, 530)를 이용하여 혼합 파우더 드럼(300) 내부에 이송 및 혼합이 가능하다.
부가적으로, 원료 혼합 장치는 혼합 파우더 드럼(300)에 저장된 파우더가 가득 차 있는지를 감지하는 풀 센서(440)를 더 포함한다. 이 풀 센서(440)는 혼합 파우더 드럼(300)의 상부에 설치되고, 혼합 파우더 드럼(300) 내의 혼합 파우더의 양을 확인하여 혼합 프로세스의 작동 개시 여부를 판단하는데 기여한다.
도 2 내지 5를 참조하면, 본 발명에 따른 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치는 원료인 파우더가 저장되는 파우더 드럼(300), 파우더 드럼(300)에 저장된 원료를 다른 공간이나 다른 부품으로 이송하는 이송관(30), 이송관(30)에 압축 공기를 공급하여 원료가 이송되도록 하는 진공 이젝터(530), 및 이송관(30)의 원료 이송 유로를 선택적으로 개폐하는 온/오프 밸브(700)를 포함한다.
파우더 드럼(300)은 전술한 중고 파우더 드럼(100), 신규 파우더 드럼(200), 또는 혼합 파우더 드럼(300)일 수 있고, 여기서는 설명의 편의를 위해 혼합 파우더 드럼(300)을 예로 설명한다. 이 파우더 드럼(300)은 하부에 깔때기 형상의 호퍼(320)를 구비하고, 이 호퍼(320)의 하부 중심에는 배출구(310)가 구비된다.
이송관(30)은 전술한 제1 이송관(10), 제2 이송관(20), 또는 제3 이송관(30)일 수 있고, 여기서는 설명의 편의를 위해 혼합 파우더 드럼(300)의 배출구(310) 측에 연결된 제3 이송관(30)을 예로 설명한다. 이송관(30)은 파우더 드럼(300)의 하부 중심에 구비된 배출구(310)에 연결되고, 파우더 드럼(300)에 저장된 원료를 다른 파우더 드럼이나 3D 제품이 성형되는 성형 공간으로 이송하는 역할을 한다.
진공 이젝터(530)는 전술한 제1 진공 이젝터(510), 제2 진공 이젝터(520), 또는 제3 진공 이젝터(530)일 수 있고, 여기서는 설명의 편의를 위해 제3 진공 이젝터(530)를 예로 설명한다. 이 진공 이젝터(530)는 이송관(30)의 상류측에 설치되고, 이송관(30)에 압축 공기를 공급하여 파우더 드럼(300) 내의 원료가 파우더 드럼(300) 외부로 이송되도록 한다.
온/오프 밸브(700)는 이송관(30)의 하류측에, 즉 진공 이젝터(530)의 하류측에 설치되고, 이송관(30)을 선택적으로 개폐하여 진공 이젝터(530)에 공급된 압축 공기가 이송관(30) 내의 원료 이송 방향(A)과 반대 방향으로 공급되도록 한다.
구체적으로, 온/오프 밸브(700)가 폐쇄된 상태에서 진공 이젝터(530)에 압축 공기가 공급되면, 압축 공기는 이송관(30)의 폐쇄에 의해 원료 이송 방향(A)으로 이동하지 못하고 역류하여 파우더 드럼(300) 내부로 이동한다. 이러한 압축 공기의 역류에 의해 파우더 드럼(300)의 배출구(310) 측에 걸려있던 파우더 뭉치 및/또는 이송관(30) 내에 걸려있던 파우더 뭉치가 분쇄되거나 제거될 수 있다. 따라서, 향후 원료 이송 작업 시에 원활한 원료 이송이 가능해진다.
추가적으로, 본 발명에 따른 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치는 진공 이젝터(530) 및 온/오프 밸브(700) 측으로 각각 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급 수단을 더 포함한다. 또한, 전술한 온/오프 밸브(700)는 유입된 압축 공기의 공압에 의해 서로 맞물려 유로를 폐쇄하는 한 쌍의 다이어프램(710)을 구비한 핀치 밸브로 구성되는 것이 바람직하다.
도 3a는 압축 공기가 공급되지 않은 상태의 핀치 밸브(700)를 도시하고, 도 3b는 압축 공기가 공급된 상태의 핀치 밸브(700)를 도시한다. 이송관(30)의 하류측에 설치된 핀치 밸브(700)에 압축 공기가 공급되면, 압축 공기의 공압에 의해 서로 이격되어 있던 한 쌍의 다이어프램(710)이 서로 맞물려서 핀치 밸브(700)의 유로를 폐쇄한다. 그러면, 이송관(30) 내의 유로가 폐쇄된다.
이러한 핀치 밸브(700) 및 압축 공기를 이용한 이송관(30)의 유로 폐쇄 구성은 기존 장치에 구비된 압축 공기 공급 수단을 활용함과 동시에 핀치 밸브(700)를 이송관(30)에 추가로 설치하는 간단한 작업에 의해 달성될 수 있어, 종래 장치의 개조가 용이하고 비용 효율적이다.
한편, 도 4와 5를 참조하여 상기한 압축 공기 공급 수단을 구체적으로 설명한다. 압축 공기 공급 수단은 공기 압축기(610), 필터(620), 레귤레이터(630), 스타트 밸브(640), 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브(650) 및 핀치 밸브용 솔레노이드 밸브(660)를 포함하여 구성된다.
공기 압축기(610)는 외부 공기를 고압의 공기로 압축한다. 필터(620)는 공기 압축기(610)의 하류 측에 설치되고, 공기 압축기(610)로부터 생성된 압축 공기 내의 불순물과 수분을 제거하는 역할을 한다. 레귤레이터(630)는 필터(620)의 하류 측에 설치되고, 필터(620)를 통과한 압축 공기의 압력을 설정된 압력으로 조절하는 역할을 한다. 스타트 밸브(640)는 레귤레이터(630)의 하류 측에 설치되고, 레귤레이터(630)에 의해 정압된 압축 공기가 진공 이젝터(530) 측으로 공급되도록 ON되거나, 압축 공기 공급 수단 내부에 남아있는 압축 공기가 외부로 배출되도록 OFF된다. 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브(650)는 스타트 밸브(640)의 하류 측에 설치되고, 진공 이젝터(530)와 연결되는 유로의 ON/OFF를 제어하여 압축 공기가 진공 이젝터 측으로 공급되도록 제어된다. 핀치 밸브용 솔레노이드 밸브(660)는 스타트 밸브(640)의 하류 측에 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브(650)와 나란하게 설치되고, 핀치 밸브(700)와 연결되는 유로를 ON/OFF 제어하여 압축 공기가 핀치 밸브 측으로 공급되도록 제어된다.
부가적으로, 필터(620)과 레귤레이터(630) 사이에는 필터(620)를 거친 압축 공기의 미세 불순물과 수분을 추가 여과하기 위한 마이크로 필터(670)가 설치될 수 있다.
이러한 압축 공기 공급 수단에 의해, 공기 압축기(610)에서 압축된 압축 공기는 불순물과 수분이 제거되고 설정 압력으로 정압되어 진공 이젝터(530) 및 핀치 밸브(700)로 공급됨으로써, 파우더의 균일한 이송이 가능하다.
도 6을 참조하면, 진공 이젝터(530)는 압축 공기에 의한 와류가 형성되도록 구성된다. 구체적으로, 진공 이젝터(530)는 원통 파이프 형상의 본체(531), 압축 공기 유입구(532), 및 파우더 흡입구(533)를 포함한다.
본체(531)는 내부에 일방향으로 압축 공기가 흐르는 직선 형상의 유로(531a)가 형성된다. 압축 공기 유입구(532)는 본체(531)의 둘레를 따라 환형 또는 나선형으로 형성되고, 본체(531)의 유로(531a) 안으로 압축 공기 공급 수단의 압축 공기가 유입되도록 한다. 그리고, 파우더 흡입구(533)는 압축 공기 유입구(532)의 상류 측, 즉 본체(531)의 후방 측에 형성되고, 본체(531) 내부의 압축 공기 흐름에 의해 발생하는 음압으로 인해, 본체(531)의 후방 측에는 음압 영역(NP)이 생성되고, 이 음압 영역에서 파우더 드럼(300) 내부의 파우더가 흡입된다.
여기서, 압축 공기 유입구(532)는 본체(531)의 둘레를 따라 환형 또는 나선형으로 형성되어, 본체(531)의 직선 유로(531a) 내부에서 이송되는 압축 공기와 파우더는 서로 혼합되면서 와류 흐름을 갖고 본체(531)의 외부로 토출될 수 있다. 이러한 압축 공기와 파우더의 와류 흐름 토출은 역류 흐름 시에 파우더들의 제거 효율을 증가시킬 수 있다.
이하, 도 1 내지 6, 도 7a 내지 7c, 및 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 방법을 설명한다.
원료 걸림 제거 방법은 크게 진공 이젝터(530)에 압축 공기를 공급하는 단계(단계 a), 온/오프 밸브(700)를 폐쇄시키는 단계(단계 b), 압축 공기의 역류에 의해 원료 걸림을 제거하는 단계(단게 c), 및 원료 이송 방향(A)으로 원료가 이송되도록 하는 단계(단계 d)를 포함한다.
먼저, 단계 a에서, 파우더 드럼(300)에 설치된 풀 센서(440)를 이용하여 파우더 드럼(300)에 원료가 가득 차 있는지를 확인한다. 그리고, 풀 센서(440)의 감지결과 파우더 드럼(300)에 원료가 가득 차 있으면, 압축 공기 공급 수단을 작동시킨 후 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브(650)를 작동시켜 진공 이젝터(530)에 압축 공기를 공급한다. 그러면, 도 7a에 도시된 것처럼, 진공 이젝터(530)를 통해 이송관(30)으로 공급된 압축 공기가 원료 이송 방향(A)을 따라 흐르고, 이 압축 공기 흐름에 의해 파우더 드럼(300)의 파우더가 이송관(30)을 따라 파우더 드럼(300) 외부로 배출된다.
이 단계 a에서, 사용자는 공기 압축기(610)의 작동을 확인하고, 스타트 밸브(640)를 작동시켜 필터(620)와 마이크로 필터(670)를 거친 공기가 레귤레이터(630)에서 세팅된 압력(예들 들면, 6bar)으로 공급되도록 준비한다.
다음으로, 단계 b에서, 진공 이젝터(530)에 압축 공기가 공급되어 원료가 이송관(30)의 원료 이송 방향을 따라 설정 시간 동안 이송되면, 이송관(30)의 하류측에 설치된 온/오프 밸브(700)를 폐쇄시킨다.
여기서, 온/오프 밸브(700)는 전술한 바와 같이 유입된 압축 공기에 서로 맞물려 유로를 폐쇄하는 한 쌍의 다이어프램(710)을 구비한 핀치 밸브로 구성된다. 이 단계 b에서, 핀치 밸브용 솔레노이드 밸브(660)를 작동시켜 핀치 밸브(700)에 압축 공기를 공급하게 된다.
계속해서, 단계 c는, 온/오프 밸브(700), 즉 핀치 밸브가 폐쇄된 상태에서 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브(650)의 개방 작동을 유지함으로써 압축 공기가 원료 이송 방향과는 반대방향으로 공급된다. 그러면, 핀치 밸브(700)에 공급된 압축 공기에 의해 핀치 밸브(700)가 폐쇄되어 이송관(30)의 원료 이송 방향(A)으로의 유로가 폐쇄된 상태에서, 압축 공기가 원료 이송 방향과 반대방향(B)으로 역류함으로써 파우더 드럼의 배출구(310) 또는 이송관(30) 내에 뭉쳐있는 원료의 걸림을 제거할 수 있다.
이어서, 단계 d는 단계 c가 수행되고 설정 시간 경과 후, 온/오프 밸브(700)인 핀치 밸브를 개방하여 이송관(30)의 원료 이송 방향(A)을 따라 원료가 이송되도록 하는 단계이다. 이 단계에서, 핀치 밸브용 솔레노이드 밸브(660)가 폐쇄되어 핀치 밸브(700)가 개방됨으로써 이송관의 원료 이송 방향으로 원료가 이송될 수 있다.
바람직하게는, 단계 d 동안에, 로드 셀(430)을 이용하여 파우더 드럼(300)에 원료가 소진되었는지를 확인하고, 원료가 소진된 경우 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브(660)를 폐쇄하여 원료 이송 작업을 완료한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 방법에 의하면, 원료 이송에 사용되는 압축 공기와 핀치 밸브(700)를 이용하여 이송관(30)의 공기 이동 방향을 역류시킴으로써 파우더 드럼(300) 및 이송관(30)에 걸려있는 파우더 뭉치를 간단하게 제거할 수 있다. 또한, 핀치 밸브(700) 및 압축 공기를 이용한 이송관(30)의 유로 폐쇄 구성은 기존 장치에 구비된 압축 공기 공급 수단을 활용함과 동시에 핀치 밸브(700)를 이송관(30)에 추가로 설치하는 간단한 작업에 의해 달성될 수 있어, 종래 장치의 개조가 용이하고 비용 효율적이다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 제1 이송관 20: 제2 이송관
30: 제3 이송관 100: 중고 파우더 드럼
200: 신규 파우더 드럼 300: 혼합 파우더 드럼
310: 배출구 320: 호퍼
410: 제1 로드 셀 420: 제2 로드 셀
430: 제3 로드 셀 440: 풀 센서
510: 제1 진공 이젝터 520: 제2 진공 이젝터
530: 제3 진공 이젝터 531: 본체
531a: 직선 유로 532: 압축 공기 유입구
533: 파우더 흡입구 NP: 음압 영역
610: 공기 압축기 620: 필터
630: 레귤레이터 640: 스타트 밸브
650: 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브
660: 핀치 밸브용 솔레노이드 밸브
670: 마이크로 필터
700: 핀치 밸브

Claims (9)

  1. 원료인 파우더를 소결시켜 3D 제품을 조형하는 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치로서,
    원료가 저장된 파우더 드럼;
    상기 파우더 드럼의 배출구에 연결되고, 상기 파우더 드럼에 저장된 원료를 다른 파우더 드럼 또는 성형 공간으로 이송하는 이송관;
    상기 이송관의 상류측에 설치되고, 상기 이송관에 압축 공기를 공급하여 상기 파우더 드럼 내의 원료가 이송되도록 하는 진공 이젝터;
    상기 진공 이젝터의 하부 측에 위치하도록 상기 이송관의 하류측에 설치되고, 상기 이송관을 선택적으로 개폐하여 상기 진공 이젝터에 공급된 압축 공기가 원료 이송 방향과 반대 방향으로 공급되도록 하는 온/오프 밸브; 및
    상기 진공 이젝터 및 상기 온/오프 밸브 측으로 각각 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급 수단을 포함하는, SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온/오프 밸브는 유입된 압축 공기에 서로 맞물려 유로를 폐쇄하는 한 쌍의 다이어프램을 구비한 핀치 밸브인, SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압축 공기 공급 수단은:
    외부 공기를 고압의 공기로 압축하는 공기 압축기;
    상기 공기 압축기의 하류 측에 설치되고, 상기 공기 압축기로부터 생성된 압축 공기 내의 불순물과 수분을 제거하는 필터;
    상기 필터의 하류 측에 설치되고, 상기 필터를 통과한 압축 공기의 압력을 조절하는 레귤레이터;
    상기 레귤레이터의 하류 측에 설치되고, 상기 레귤레이터에 의해 정압된 압축 공기가 상기 진공 이젝터 및 상기 핀치 밸브로 공급되도록 ON되거나, 상기 압축 공기 공급 수단 내부에 남아있는 압축 공기가 외부로 배출되도록 OFF되는 스타트 밸브;
    상기 스타트 밸브의 하류 측에 설치되고, 상기 진공 이젝터와 연결되는 유로를 ON/OFF 제어하여 압축 공기가 상기 진공 이젝터로 공급되도록 하는 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브; 및
    상기 스타트 밸브의 하류 측에 설치되고, 상기 핀치 밸브와 연결되는 유로를 ON/OFF 제어하여 압축 공기가 상기 핀치 밸브로 공급되도록 하는 핀치 밸브용 솔레노이드 밸브를 포함하는, SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진공 이젝터는:
    원통 파이프 형상으로 형성되고, 내부에 일방향으로 압축 공기가 흐르는 직선 유로가 형성된 본체;
    상기 본체의 둘레를 따라 환형 또는 나선형으로 형성되고, 상기 유로 안으로 압축 공기가 유입되도록 하는 압축 공기 유입구; 및
    상기 본체의 후방 측에 형성되고, 상기 압축 공기의 흐름에 의해 발생하는 음압에 의해 파우더를 흡입하는 파우더 흡입구를 포함하는, SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치를 이용한 원료 걸림 제거 방법으로서,
    a) 풀 센서를 이용하여 파우더 드럼에 원료가 차 있는 확인하고, 원료가 차 있는 경우에 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브를 작동시켜 진공 이젝터에 압축 공기를 공급하는 단계;
    b) 상기 진공 이젝터에 압축 공기가 공급되어 원료가 이송관의 원료 이송 방향을 따라 설정 시간 동안 이송되면, 상기 이송관의 하류 측에 설치된 온/오프 밸브를 폐쇄시키는 단계;
    c) 상기 온/오프 밸브가 폐쇄된 상태에서 상기 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브의 개방 작동을 유지하여 압축 공기가 원료 이송 방향과 반대방향으로 공급됨으로써 원료의 걸림을 제거하는 단계; 및
    d) 설정 시간 경과 후, 상기 온/오프 밸브를 개방하여 상기 이송관의 원료 이송 방향으로 원료가 이송되도록 하는 단계를 포함하는, SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치를 이용한 원료 걸림 제거 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 온/오프 밸브는 유입된 압축 공기에 서로 맞물려 유로를 폐쇄하는 한 쌍의 다이어프램을 구비한 핀치 밸브이고,
    상기 단계 b)는, 핀치 밸브용 솔레노이드 밸브를 작동시켜 상기 핀치 밸브에 압축 공기를 공급하는 단계인, SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치를 이용한 원료 걸림 제거 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 단계 c)는 상기 핀치 밸브에 공급된 압축 공기에 의해 상기 핀치 밸브가 폐쇄되어 상기 이송관의 원료 이송 방향으로의 유로가 폐쇄된 상태에서, 압축 공기가 원료 이송 방향과 반대방향으로 역류함으로써 상기 파우더 드럼의 배출구 또는 상기 이송관에 뭉쳐있는 원료의 걸림을 제거하는 단계인, SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치를 이용한 원료 걸림 제거 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 단계 d)는, 설정 시간 경과 후, 상기 핀치 밸브용 솔레노이드 밸브를 폐쇄하여 상기 핀치 밸브가 개방되도록 함으로써 상기 이송관의 원료 이송 방향으로 원료가 이송되도록 하는 단계인, SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치를 이용한 원료 걸림 제거 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 단계 d) 동안에, 로드 셀을 이용하여 상기 파우더 드럼에 원료가 소진되었는지를 확인하고, 원료가 소진된 경우 상기 진공 이젝터용 솔레노이드 밸브를 폐쇄하여 원료 이송 작업을 완료하는, SLS 방식 3D 프린터의 원료 걸림 제거 장치를 이용한 원료 걸림 제거 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1707342A2 (en) * 2005-03-31 2006-10-04 3D Systems, Inc. Pneumatic powder transport system

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