KR102562591B1 - 멜트풀 모니터링장치 및 모니터링방법 - Google Patents

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Abstract

보다 빠르고 정확한 멜트풀 모니터링이 가능한 멜트풀 모니터링장치 및 모니터링방법이 제안된다. 본 발명에 따른 멜트풀 모니터링장치는 멜트풀 모니터링장치는 3D 프린터의 멜트풀에 발광광을 조사하는 발광부; 멜트풀에 의해 반사된 수광광을 수광하는 수광부; 및 발광광 및 수광광의 광량차이에 기초하여 멜트풀을 모니터링하는 제어부;를 포함한다.

Description

멜트풀 모니터링장치 및 모니터링방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING OF MELT POOL}
본 발명은 멜트풀 모니터링장치 및 모니터링방법에 관한 것으로, 상세하게는 보다 빠르고 정확한 멜트풀 모니터링이 가능한 멜트풀 모니터링장치 및 모니터링방법에 관한 것이다.
산업, 생활 또는 의학 등 매우 다양한 분야에서 활용되고 있는 3D 프린터의 기본적인 원리는 얇은 2D 레이어를 쌓아서 3D 물체를 만드는 것이다. 3D 프린터는 광경화 수지 또는 금속을 이용하여 3D성형체를 형성할 수 있는데,
금속 3D 프린터는 레이저를 이용하여 파우더 혹은 와이어를 녹여서 적층하는 방식을 이용한다. 이 때, 파우더나 와이어가 레이저에 닿아 녹은 부분을 멜트풀이라 하는데 멜트풀의 형상이나 온도는 적층공정의 품질에 있어 매우 중요한 요인이므로 멜트풀을 모니터링하여 고품질 성형체를 얻기 위한 다양한 방법이 시도되고 있다.
멜트풀을 모니터링하기 위하여, 카메라를 설치하여 멜트풀의 형상이나 온도 모니터링이 가능하지만 가격이 고가이고 측정속도가 느린 단점을 가지고 있다. 따라서, 고품질 금속3D성형체를 얻기 위한 간단하면서도 고속으로 정확하게 멜트풀을 모니터링할 수 있는 방법에 대한 기술개발이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 보다 빠르고 정확한 멜트풀 모니터링이 가능한 멜트풀 모니터링장치 및 모니터링방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치는 3D 프린터의 멜트풀에 발광광을 조사하는 발광부; 멜트풀에 의해 반사된 수광광을 수광하는 수광부; 및 발광광 및 수광광의 광량차이에 기초하여 멜트풀을 모니터링하는 제어부;를 포함한다.
수광부는 수광광의 광경로 상에, 멜트풀에서 발생한 광을 필터링하는 광학필터를 포함할 수 있다.
발광부는 레이저이고, 수광부는 포토다이오드일 수 있다.
레이저는 자외선 대역 파장, 가시광선 대역 파장 및 적외선 대역 파장 중 어느 하나의 파장을 가질 수 있다.
발광광은 빔스플리터에 반사되어 멜트풀로 입사되고, 입사된 발광광은 멜트풀에서 반사되어 빔스플리터를 통해 진행하다 반사부에서 반사되어 수광부로 입사할 수 있다.
발광부 및 수광부는 동일한 위치에 형성되고, 발광광은 반사부에 반사되어 멜트풀로 입사되고, 입사된 발광광은 멜트풀에서 반사되어 진행하다 반사부에서 반사되어 광분배기를 통해 수광부로 입사될 수 있다.
수광부는 발광광이 멜트풀에 의해 반사된 광을 수광하는 제1수광부 및 멜트풀에서 발생한 광을 수광하는 제2수광부를 포함하고, 발광부 및 제1수광부는 동일한 위치에 형성되고, 발광광은 빔스플리터에 반사되어 멜트풀로 입사되고, 입사된 발광광은 멜트풀에서 반사되어 빔스플리터를 통해 반사되어 광분배기를 통해 제1수광부로 입사되고, 빔스플리터를 통해 반사되지 않은, 멜트풀에서 발생한 광은 반사부에 반사되어 제2수광부로 입사될 수 있다.
발광광은 멜트풀로 직접 조사되고, 수광광은 멜트풀에서 직접 반사되어 수광부로 입사할 수 있다.
발광광 및 수광광의 광량차이는 멜트풀의 온도에 반비례하고, 멜트풀의 밀도에 비례할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 3D 프린터의 멜트풀에 광을 조사하는 단계; 및 멜트풀에 의해 반사된 광을 수광하고, 발광광 및 수광광의 광량 차이에 기초하여 멜트풀의 특성을 모니터링하는 단계;를 포함하는 멜트풀 모니터링방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 발광광이 빔스플리터에 반사되어 멜트풀로 입사되도록 발광부를 형성하는 단계; 입사된 발광광이 멜트풀에서 반사되어 빔스플리터를 통해 진행하다 반사부에서 반사되어 입사되도록 수광부를 형성하는 단계; 발광광의 광경로에 빔스플리터를 위치시키는 단계; 및 수광광의 광경로에 반사부를 위치시키는 단계;를 포함하는 멜트풀 모니터링장치 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 3D 프린터의 멜트풀에 발광광을 조사하는 발광부, 멜트풀에 의해 반사된 수광광을 수광하는 수광부 및 발광광 및 수광광의 광량차이에 기초하여 멜트풀을 모니터링하는 제어부를 포함하는 멜트풀 모니터링장치를 포함하는 금속분말을 이용한 3D성형체 형성용 3D프린터가 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 3D 프린팅 공정시 생성되는 멜트풀을 보다 신속하고 정확하게 모니터링할 수 있어서 공정신뢰성을 높이고, 고품질의 금속 3D성형체 제조가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치가 멜트풀을 모니터링하는 것을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치가 멜트풀을 모니터링하는 것을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치가 멜트풀을 모니터링하는 것을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치가 멜트풀을 모니터링하는 것을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치가 멜트풀을 모니터링하는 것을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치가 멜트풀을 모니터링하는 것을 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 멜트풀 모니터링장치(100)는 3D 프린터의 멜트풀(210)에 발광광(111)을 조사하는 발광부(110); 멜트풀(210)에 의해 반사된 수광광(121)을 수광하는 수광부(120); 및 발광광(111) 및 수광광(121)의 광량차이에 기초하여 멜트풀(210)을 모니터링하는 제어부(미도시);를 포함한다.
3D 프린터의 용융지(200)는 레이저를 조사하면 조사부위가 용융되어 멜트풀(210)을 형성한다. 멜트풀(210)은 금속이 용융되고, 레이저에 의해 3D 성형체로 성형된다. 이 때, 멜트풀(210)을 모니터링하기 위하여, 본 발명에서는 발광부(110)에서 멜트풀(210)에 광을 조사한다.
도 1을 참조하면, 발광부(110)에서 조사된 발광광(111)은 빔스플리터(130)을 거쳐 멜트풀(210)에 입사된다. 발광광(111)은 멜트풀(210)의 특성에 따라 반사되고, 반사된 광은 반사부(140)에서 반사되어 수광부(120)로 입사된다.
멜트풀(210)의 용융상태에 따라 반사되는 광의 광량, 즉 수광광(121)의 광량이 달라지게 되므로, 멜트풀(210)의 모니터링이 가능하다. 예를 들어 수광광(121)의 광량이 변화하는 경우, 광량 변화량은 멜트풀의 온도에 반비례하고, 멜트풀의 밀도에 비례할 수 있다.
발광부(110)는 레이저이고, 수광부(120)는 포토다이오드일 수 있다. 발광부(110)는 자외선 대역 파장, 가시광선 대역 파장 및 적외선 대역 파장 중 어느 하나의 파장을 가지는 레이저일 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치가 멜트풀을 모니터링하는 것을 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치(100)는 수광부(120)가 수광광(121)의 광경로상에 광학필터(150)를 포함한다.
멜트풀(210)에서는 발광부(110)에서 조사된 발광광(111) 이외에도 금속이 용융되면서 광이 발생할 수 있다. 따라서, 수광부(120)는 멜트풀(210) 자체에서 발생한 광을 수광한 경우, 발광부(110)로부터의 발광광(111)을 수광한 수광광(121)의 변화량을 정확히 측정할 수 없다. 따라서, 멜트풀(210) 자체에서 발생한 광을 필터링하기 위한 광학필터(150)를 포함하여 정확한 수광광(121)의 광량을 측정할 수 있고, 이에 의해 정확한 멜트풀(210) 모니터링이 가능하다.
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치가 멜트풀을 모니터링하는 것을 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치(100)는 발광부(110) 및 수광부(120)가 동일한 위치에 형성된다.
도 2의 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치(100)에서는 발광부(110) 및 수광부(120)가 별개의 위치에 형성되어 있었으나, 본 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치(100)는 발광부(110) 및 수광부(120)가 동일 위치에 형성되어 있으므로, 장치가 보다 간단해질 수 있고, 빔스플리터(130)를 제외하고, 반사부(140) 만으로도 구성이 가능하다.
발광부(110)로부터의 발광광(111)은 반사부(140)를 거쳐 멜트풀(210)로 입사되고, 입사된 발광광(111)은 멜트풀(210)에서 반사되어 진행하다 다시 반사부(140)에서 반사되어 광분배기(160)를 통해 수광부(120)로 입사될 수 있다.
이때, 모니터링의 정확도를 향상시키기 위해, 수광부(120) 앞에 광학필터를 포함시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치가 멜트풀을 모니터링하는 것을 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치(100)는 수광부가 발광광(111)이 멜트풀(210)에 의해 반사된 광을 수광하는 제1수광부(120-1) 및 멜트풀(210)에서 발생한 광을 수광하는 제2수광부(120-2)를 포함한다.
멜트풀 모니터링장치(100)에서, 발광부(110) 및 제1수광부(120-1)는 동일한 위치에 형성되고, 발광광(111)은 빔스플리터(130)에 반사되어 멜트풀(210)로 입사된다. 입사된 발광광(111)은 멜트풀(210)에서 반사되어 빔스플리터(130)를 통해 반사되어 다시 광분배기(160)를 통해 제1수광부(120-1)로 입사된다. 빔스플리터(130)를 통해 반사되지 않은, 멜트풀(210)에서 발생한 광은 반사부(140)에 반사되어 제2수광부(120-2)로 입사될 수 있다.
제어부(미도시)는 제1수광부(120-1)에서 획득한 수광광(121) 및 제2수광부(120-2)에서 획득한 멜트풀 발생광(211)의 광량을 기초로 멜트풀(210)을 모니터링할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치가 멜트풀을 모니터링하는 것을 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 멜트풀 모니터링장치(100)는 발광부(110)로부터의 발광광(111)이 멜트풀(210)에 수직으로 입사하는 것이 아니라 소정 각도로 멜트풀(210)에 입사된다. 멜트풀(210)에 반사된 광은 직접 수광부(120)로 입사하고, 수광광(121)를 측정하여 멜트풀(210)을 모니터링할 수 있다. 정확도를 높이기 위해 수광부(120) 앞에 광학필터를 포함시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 3D 프린터의 멜트풀에 광을 조사하는 단계; 및 멜트풀에 의해 반사된 광을 수광하고, 발광광 및 수광광의 광량 차이에 기초하여 멜트풀의 특성을 모니터링하는 단계;를 포함하는 멜트풀 모니터링방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 발광광이 빔스플리터에 반사되어 멜트풀로 입사되도록 발광부를 형성하는 단계; 입사된 발광광이 멜트풀에서 반사되어 빔스플리터를 통해 진행하다 반사부에서 반사되어 입사되도록 수광부를 형성하는 단계; 발광광의 광경로에 빔스플리터를 위치시키는 단계; 및 수광광의 광경로에 반사부를 위치시키는 단계;를 포함하는 멜트풀 모니터링장치 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 3D 프린터의 멜트풀에 발광광을 조사하는 발광부, 멜트풀에 의해 반사된 수광광을 수광하는 수광부 및 발광광 및 수광광의 광량차이에 기초하여 멜트풀을 모니터링하는 제어부를 포함하는 멜트풀 모니터링장치를 포함하는 금속분말을 이용한 3D성형체 형성용 3D프린터가 제공된다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 멜트풀 모니터링장치
110: 발광부
111: 발광광
120: 수광부
121: 수광광
130: 빔스플리터
140: 반사부
150: 광학필터
160: 광분배기
200: 용융지
210: 멜트풀

Claims (12)

  1. 3D 프린터의 레이저에 닿아 녹은 멜트풀에 발광광을 조사하는 발광부;
    멜트풀에 의해 반사된 수광광을 수광하는 수광부; 및
    발광광 및 수광광의 광량차이에 기초하여 멜트풀을 모니터링하는 제어부;를 포함하는 멜트풀 모니터링장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    수광부는 수광광의 광경로 상에, 멜트풀에서 발생한 광을 필터링하는 광학필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 멜트풀 모니터링장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    발광부는 레이저이고,
    수광부는 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 멜트풀 모니터링장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    레이저는 자외선 대역 파장, 가시광선 대역 파장 및 적외선 대역 파장 중 어느 하나의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 멜트풀 모니터링장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    발광광은 빔스플리터에 반사되어 멜트풀로 입사되고,
    입사된 발광광은 멜트풀에서 반사되어 빔스플리터를 통해 진행하다 반사부에서 반사되어 수광부로 입사되는 것을 특징으로 하는 멜트풀 모니터링장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    발광부 및 수광부는 동일한 위치에 형성되고,
    발광광은 반사부에 반사되어 멜트풀로 입사되고,
    입사된 발광광은 멜트풀에서 반사되어 진행하다 반사부에서 반사되어 광분배기를 통해 수광부로 입사되는 것을 특징으로 하는 멜트풀 모니터링장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    수광부는 발광광이 멜트풀에 의해 반사된 광을 수광하는 제1수광부 및 멜트풀에서 발생한 광을 수광하는 제2수광부를 포함하고,
    발광부 및 제1수광부는 동일한 위치에 형성되고,
    발광광은 빔스플리터에 반사되어 멜트풀로 입사되고,
    입사된 발광광은 멜트풀에서 반사되어 빔스플리터를 통해 반사되어 광분배기를 통해 제1수광부로 입사되고,
    빔스플리터를 통해 반사되지 않은, 멜트풀에서 발생한 광은 반사부에 반사되어 제2수광부로 입사되는 것을 특징으로 하는 멜트풀 모니터링장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    발광광은 멜트풀로 직접 조사되고,
    수광광은 멜트풀에서 직접 반사되어 수광부로 입사되는 것을 특징으로 하는 멜트풀 모니터링장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    수광광의 광량은 멜트풀의 온도에 반비례하고, 멜트풀의 밀도에 비례하는 것을 특징으로 하는 멜트풀 모니터링장치.
  10. 3D 프린터의 레이저에 닿아 녹은 멜트풀에 광을 조사하는 단계; 및
    멜트풀에 의해 반사된 광을 수광하고, 발광광 및 수광광의 광량 차이에 기초하여 멜트풀의 특성을 모니터링하는 단계;를 포함하는 멜트풀 모니터링방법.
  11. 발광광이 빔스플리터에 반사되어 레이저에 닿아 녹은 멜트풀로 입사되도록 발광부를 형성하는 단계;
    입사된 발광광이 멜트풀에서 반사되어 빔스플리터를 통해 진행하다 반사부에서 반사되어 입사되도록 수광부를 형성하는 단계;
    발광광의 광경로에 빔스플리터를 위치시키는 단계; 및
    수광광의 광경로에 반사부를 위치시키는 단계;를 포함하는 멜트풀 모니터링장치 제조방법.
  12. 청구항 1에 따른 멜트풀 모니터링장치를 포함하는 금속분말을 이용한 3D성형체 형성용 3D프린터.
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