KR20050062161A - 파우더를 이용한 적층 조형방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파우더를 이용한 적층 조형방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 파우더를 이용한 적층 조형구조는 플랫폼 상에 파우더를 공급하는 파우더 공급수단과, 상기 파우더가 공급된 플랫폼 상의 가공영역 이외의 영역을 차단하는 차단수단과, 상기 차단수단 내의 플랫폼 가공물 표면에 열을 조사하는 열 조사수단과, 상기 소결된 가공물의 단면을 절단하는 절단수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 열원을 이용하여 전단면을 소결한 후, 커터가 소결된 단면의 가장자리 를 절단함으로, 원재료의 수축율에 의한 치수의 불안정이 없고, 이로 인해, 가공물의 치수정도에 대한 신뢰성을 높이는 효과가 있다.
둘째, 커터가 지그재그 방식이 아닌, 윤곽선 재단으로 선택된 단면의 가장자리 를 절단함으로 외각표면의 표면정도가 좋아지게 되는 효과가 있다.
셋째, 커터가 지그재그 방식이 아닌, 윤곽선 재단으로 선택된 단면의 가장자리만 절단함으로써 조형시간이 짧고, 또한 커터를 사용함으로서 장비 가격이 상대적으로 레이저를 사용한 것보다 저렴하게 되어 제조단가를 줄이는 효과가 있다.

Description

파우더를 이용한 적층 조형방법{laminate manufacturing Method with powder}
본 발명은 파우더를 이용한 적층 조형방법에 관한 것으로서, 선택적 레이저 소결 방식의 적층 조형방법에서 레이저빔을 사용하여 단면형상의 필요한 부분을 소결하는 대신, 열(熱)을 조사하여 단면을 소결한 후, 단면형상의 가장자리를 커터를 이용하여 단면을 오려내도록 한 파우더를 이용한 적층 조형방법에 관한 것이다.
일반적으로 적층 조형방식은 전통적인 가공방식이 모재를 깍아 내면서 원하는 형상을 가공하는 방법인데 반해, 원하는 형상을 일정한 간격으로 자른 다음, 한 층씩 쌓아가면서 가공하는 방법이다.
이러한, 적층 조형방식의 가장 큰 이점은 절삭가공으로는 가공이 불가능한 내부 홀이 있는 경우라든지 복잡한 형상들도 정밀하게 조형할 수 있다는데 있다.
또한, 최근 기술의 발전으로 조형속도 또한 매우 빠르기 때문에 쾌속조형이 가능하게 되어, 종래의 절삭가공기술을 이용하는 경우와 비교해 시험제품 제작에 필요한 시간이 대폭으로 단축되어 신제품 개발에 매우 유리한 장점이 있다.
상기와 같은 적층 조형방법 중에서 선택적 레이저 소결방식은 레이저빔을 파우더의 단면에 조사하여 선택한 부위를 소결하는 방법이며, 3차원 프린팅방식은 접착액을 파우더의 단면에 분사하여 선택한 부위에 결합하는 방법이다. 상기 선택 레이저 소결 방식의 가장 핵심이 되는 기술은 레이저빔에 의하여 선택한 부위를 결합하는 것이다.
도 1은 종래 기술의 선택 레이저 소결방식을 보인 개략 사시도로서, 동 도면에서 보여지는 바와 같은 종래 기술의 선택적 레이저 소결 구조는 파우더 공급 시스탬(10)과, 상기 파우더 공급시스탬(10)에서 공급된 파우더(11)를 작업단면의 두께로 이송시키는 롤러(20)와, 상기 롤러(20)에 의해 공급된 파우더(11)를 상부에 적층시켜가며 가공작업이 이루어지도록 수직 이송되는 플랫폼(30)과, 레이저(40)의 빔을 상기 플랫폼(30) 상의 가공물(31)에 지그재그 방식으로 조사시켜 선택된 전부위를 소결시키도록 하는 스캔 미러(50)를 구성한다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 종래 기술의 선택 레이저 소결 방식을 이용한 가공물의 가공공정을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 종래 기술의 선택 레이저 소결방식 내부구조를 보인 개략도 단면도로서, 동 도면에서 보여지는 바와 같이 본 발명의 선택 레이저 소결공정은 먼저, 플랫폼(30)이 단면의 두께만큼 수직 하강하게 된다.
그 다음으로, 파우더 공급 시스템(10)이 상부로 상승되면, 파우더(11)가 상부면에 공급되고, 상기 파우더(11) 위를 롤러(20)가 지나면서, 플랫폼(30) 상에 수지 파우더(11)를 단면의 두께로 형성하게 된다.
이후, 스캐닝 미러 시스템(50)에 의해 선택된 가공물(31)의 전단면표면에 레이저(40) 빔을 지그재그 방식으로 조사하여 선택된 전 부위를 소결하게 된다.
위의 단계를 계속적으로 반복함으로서, 3차원 가공물을 형성할 수 있게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술은 레이저(40)가 단면표면에 직접 조사하여 원재료을 소결함으로서, 수축이 일어나게 되고 상기 수축에 의한 치수의 불안정으로 인해, 가공물의 치수정도에 대한 신뢰성이 낮아지는 문제점이 있다.
또, 레이저(40)가 지그재그 방식으로 선택된 전단면부위를 조형함으로서, 외각 수직면의 표면정도가 불안정하여 가공물의 외각표면에 대한 표면정도가 낮아지는 문제가 있다.
또, 레이저(40)가 지그재그 방식으로 선택된 전단면부위를 소결함으로서, 가공물의 조형시간이 길어지게 될 뿐 아니라, 가공물에 대한 레이저(40)의 조사시간이 길어져, 상대적으로 레이저(40)의 수명이 짧아지는 문제가 있다.
따라서, 상기와 같은 문제를 갖는 레이저를 사용하지 않고도, 가공물의 표면정도가 좋고, 가공 시간이 단축될 수 있도록 하는 파우더를 이용한 적층 조형구조 및 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 선택적 레이저 소결 방식의 적층 조형방법에서 레이저빔을 사용하여 단면형상의 필요한 부분을 소결하는 대신, 열(熱)을 조사하여 단면을 소결한 후, 단면형상의 가장자리를 커터를 이용하여 단면을 오려내도록 하여 가공 시간을 줄이면서, 가공물의 질을 향상시키도록 하는 파우더를 이용한 적층 조형구조 및 방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우더를 이용한 적층 조형구조는 플랫폼 상에 파우더를 공급하는 파우더 공급수단과, 상기 파우더가 공급된 플랫폼 상의 가공영역 이외의 영역을 차단하는 차단수단과, 상기 차단수단 내의 플랫폼 가공물 표면에 열을 조사하는 열 조사수단과, 상기 소결된 가공물의 단면을 절단하는 절단수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 파우더 공급수단이 롤러형식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 차단수단은 중앙 플랫폼 상의 가공영역만을 개구시키도록 한 가이드 마스크로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열 조사수단은 상기 가이드 마스크의 중앙 개구부 내의 가공영역 전단면을 조사하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 절단수단은 커터를 사용하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 절단수단은 레이저를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 파우더를 이용한 적층 조형방법은 (a)플랫폼 상에 파우더를 가공단면 두께로 공급하는 단계와; (b)상기 파우더가 공급된 플랫폼 상의 가공영역 이외의 영역을 차단하는 단계와; (c)상기 차단수단 내의 플랫폼 가공물 표면에 열을 조사하는 열 조사단계; (d)상기 소결된 가공물의 단면을 절단하는 절단단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 파우더 공급수단이 롤러형식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 차단수단은 중앙 플랫폼 상의 가공영역만을 개구시키도록 한 가이드 마스크로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열 조사수단은 상기 가이드 마스크의 중앙 개구부 내의 가공영역 전단면을 조사하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 절단수단은 커터를 사용하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 절단수단은 레이저를 사용하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (a) 내지 (d)의 단계를 여러 번 반복하여 가공물을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 파우더를 이용한 적층 조형 공정을 보인 공정 사시도 이고, 도 4는 본 발명의 파우더를 이용한 적층 조형방법에 의해 완성된 가공물을 보인 사시도 이다.
동 도면에 도시된 바와 같은 본 발명은 플랫폼(110)과, 상기 플랫폼(110) 상에 파우더(111)를 공급하여 적정 두께의 레이어(113)를 형성하기 위한 파우더 공급수단으로서의 롤러(120)와, 상기 레이어(113)가 형성된 플랫폼(110) 상의 가공영역 이외의 영역을 차단하는 차단수단으로서의 가이드 마스크(130)와, 상기 가이드 마스크(130) 내의 플랫폼(110) 상부 레이어(113) 표면에 열을 조사하는 열 조사수단으로서의 열원(140)과, 상기 소결된 레이어(113)의 단면을 절단하는 절단수단으로서의 커터(150)로 구성된다.
이때, 상기 절단수단으로서, 레이저가 사용될 수 도 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 파우더를 이용한 적층 조형방법에 대해 설명하면, 먼저, 도 3에서 보는 바와 같이 가장먼저, 플랫폼(110)이 가공될 레이어(113) 단면의 두께만큼 수직 하강한다.
그런 다음, 별도의 파우더 공급수단에 의해 파우더(111)가 공급되고, 상기 파우더(111) 위를 롤러(120)가 A 방향으로 이동하면서, 적정 두께의 레이어(113)를 플랫폼(110) 상에 공급하도록 한다.
그리고 나서, 상기 레이어(113)의 가공영역을 제외한 나머지 영역이 가이드 마스크(130)에 의해 차단되도록 한다.
그런 다음, 상기 가이드 마스크(130) 중앙 개구부에 형성된 레이어(113)에 열원(140)을 조사시켜 상기 레이어 전단면이 소결되도록 한다.
그리고 나서, 상기 소결된 단면의 가장자리(115)를 커터(7)를 이용하여 윤곽선을 따라, 레이어(113)의 두께만큼 절단하도록 한다.
상기와 같은 단계들로 이루어지는 가공작업을 여러 번 반복함으로서, 도 4에서 보여지는 바와 같은 3차원 입체물(160)을 조형할 수 있게 된다
상기와 같은 본 발명은 선택적 레이저 소결 방식의 적층 조형방법에서 레이저빔을 사용하여 단면형상의 필요한 부분을 소결하는 대신, 열(熱)을 조사하여 단면을 소결한 후, 단면형상의 가장자리를 커터를 이용하여 단면을 오려내도록 하여 가공 시간을 줄이면서, 가공물의 질을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 열원을 이용하여 전단면을 소결한 후, 커터가 소결된 단면의 가장자리 를 절단함으로, 원재료의 수축율에 의한 치수의 불안정이 없고, 이로 인해, 가공물의 치수정도에 대한 신뢰성을 높이는 효과가 있다.
둘째, 커터가 지그재그 방식이 아닌, 윤곽선 재단으로 선택된 단면의 가장자리 를 절단함으로 외각표면의 표면정도가 좋아지게 되는 효과가 있다.
셋째, 커터가 지그재그 방식이 아닌, 윤곽선 재단으로 선택된 단면의 가장자리만 절단함으로써 조형시간이 짧고, 또한 커터를 사용함으로서 장비 가격이 상대적으로 레이저를 사용한 것보다 저렴하게 되어 제조단가를 줄이는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술의 선택 레이저 소결방식을 보인 개략 사시도.
도 2는 종래 기술의 선택 레이저 소결방식 내부구조를 보인 개략도 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 파우더를 이용한 적층 조형 공정을 보인 공정 사시도.
도 4는 본 발명의 파우더를 이용한 적층 조형방법에 의해 완성된 가공물을 보인 사시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110: 플랫폼 111: 파우더
113: 레이어 120: 롤러
130: 가이드 마스크 140: 열원
150: 커터 115: 가장자리
160: 3차원 입체물

Claims (13)

  1. 플랫폼 상에 파우더를 공급하는 파우더 공급수단과,
    상기 파우더가 공급된 플랫폼 상의 가공영역 이외의 영역을 차단하는 차단수단과,
    상기 차단수단 내의 플랫폼 가공물 표면에 열을 조사하는 열 조사수단과,
    상기 소결된 가공물의 단면을 절단하는 절단수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우더를 이용한 적층 조형구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 파우더 공급수단이 롤러형식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우더를 이용한 적층 조형구조.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 차단수단은 중앙 플랫폼 상의 가공영역만을 개구시키도록 한 가이드 마스크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우더를 이용한 적층 조형구조.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열 조사수단은 상기 가이드 마스크의 중앙 개구부 내의 가공영역 전단면을 조사하는 것을 특징으로 하는 파우더를 이용한 적층 조형구조.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 절단수단은 커터를 사용하는 것을 특징으로 하는 파우더를 이용한 적층 조형구조.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 절단수단은 레이저를 사용하는 것을 특징으로 하는 파우더를 이용한 적층 조형구조.
  7. (a)플랫폼 상에 파우더를 가공단면 두께로 공급하는 단계와;
    (b)상기 파우더가 공급된 플랫폼 상의 가공영역 이외의 영역을 차단하는 단계와;
    (c)상기 차단수단 내의 플랫폼 가공물 표면에 열을 조사하는 열 조사단계;
    (d)상기 소결된 가공물의 단면을 절단하는 절단단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 파우더를 이용한 적층 조형방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 파우더 공급수단이 롤러형식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우더를 이용한 적층 조형방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 차단수단은 중앙 플랫폼 상의 가공영역만을 개구시키도록 한 가이드 마스크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우더를 이용한 적층 조형방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 열 조사수단은 상기 가이드 마스크의 중앙 개구부 내의 가공영역 전단면을 조사하는 것을 특징으로 하는 파우더를 이용한 적층 조형방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 절단수단은 커터를 사용하는 것을 특징으로 하는 파우더를 이용한 적층 조형방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 절단수단은 레이저를 사용하는 것을 특징으로 하는 파우더를 이용한 적층 조형방법.
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 (a) 내지 (d)의 단계를 여러 번 반복하여 가공물을 형성하는 것을 특징으로 하는 파우더를 이용한 적층 조형방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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