KR20080077787A - 3 dimensional workpiece manufacturing apparatus with variable spot size for optimal production speed - Google Patents

3 dimensional workpiece manufacturing apparatus with variable spot size for optimal production speed Download PDF

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KR20080077787A
KR20080077787A KR1020070017429A KR20070017429A KR20080077787A KR 20080077787 A KR20080077787 A KR 20080077787A KR 1020070017429 A KR1020070017429 A KR 1020070017429A KR 20070017429 A KR20070017429 A KR 20070017429A KR 20080077787 A KR20080077787 A KR 20080077787A
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김동수
배성우
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한국기계연구원
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Abstract

A three-dimensional workpiece processing apparatus is provided to obtain high accuracy and improve the optimal production speed by enabling the spot size of laser beam to vary. As an apparatus comprising a laser unit(100) for generating a laser to process the workpiece by the laser, and a processing unit(200) for sintering a powder by the laser to process a three-dimensional arbitrary shaped workpiece, a three-dimensional workpiece processing apparatus with variable spot size for improving the optimal production speed is characterized in that: the laser unit comprises a laser oscillator(110) for oscillating the laser, a beam expander(120) for changing the spot size of the laser generated by the laser oscillator, and a laser scanner(150) for changing the direction of a laser via the beam expander to irradiate a laser correspondingly to the three-dimensional arbitrary shaped workpiece; and the processing unit comprises a body(250) of a frame structure, a receiving part(240) which is formed on a top part of the body to receive the laser unit, and which has a hole(241) formed in a bottom face thereof such that the laser passes through the hole, a table(210) formed at a lower side of the receiving part, a building room(220) formed on the table such that the building room is liftable and lowerable to descent a sintered powder, and a feeding room(230) formed on one side of the building room such that the feeding room is liftable and lowerable to feed the power onto the table.

Description

최적 생산 속도 향상을 위한 스팟 사이즈 가변형 3차원 형상 가공 장치{3 dimensional workpiece manufacturing apparatus with variable spot size for optimal production speed}3 dimensional workpiece manufacturing apparatus with variable spot size for optimal production speed}

도 1은 종래의 레이저를 이용한 3차원 형상 가공 장치의 개념도,1 is a conceptual diagram of a three-dimensional shape processing apparatus using a conventional laser,

도 2a 내지 2d는 종래의 3차원 형상 가공 장치를 이용하여 소결 공정을 행하는 개념도,2A to 2D are conceptual views for carrying out a sintering step using a conventional three-dimensional shape processing apparatus;

도 3a는 본 발명의 레이저 유닛과 가공 유닛을 도시하는 분리 사시 및 일부 단면도,3A is an exploded perspective and partial cross-sectional view showing a laser unit and a processing unit of the present invention;

도 3b는 본 발명의 빔 익스팬더와 레이저 스캐너의 원리를 도시하는 개념도,3B is a conceptual diagram showing the principle of the beam expander and laser scanner of the present invention;

도 4는 본 발명의 롤러 유닛에 대한 분리 사시도Figure 4 is an exploded perspective view of the roller unit of the present invention

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 레이저 유닛 110 : 레이저 발진기100: laser unit 110: laser oscillator

120 : 빔 익스팬더 130, 140 : 미러120: beam expander 130, 140: mirror

150 : 레이저 스캐너 200 : 가공 유닛150: laser scanner 200: processing unit

210 : 테이블 220 : 빌딩 룸210: table 220: building room

230 : 피딩 룸 240 : 수용부230: feeding room 240: accommodating part

250 : 본체 300 : 롤러 유닛250: main body 300: roller unit

310 : 커버 320 : 지지 브라켓310: cover 320: support bracket

330 : 롤러 본체 340 : 가이드330: roller body 340: guide

본 발명은 레이저를 이용한 3차원 형상 가공장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저를 발진하는 한편 상기 레이저의 스팟 사이즈를 변경할 수 있는 레이저 유닛과, 상기 레이저에 의해 파우더를 소결하여 원하는 3차원 형상을 가공하는 가공유닛을 포함하여 최적 생산 속도를 향상할 수 있는 스팟 사이즈 가변형 3차원 형상 가공 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional shape processing apparatus using a laser, and more particularly, a laser unit capable of oscillating a laser while changing a spot size of the laser, and sintering powder by the laser to produce a desired three-dimensional shape. It relates to a spot size variable three-dimensional shape processing apparatus that can improve the optimum production speed including a processing unit for processing.

일반적으로 레이저를 이용하여 3차원 형상을 가공하는 장치는 파우더에 레이저를 조사함에 의해 상기 파우더를 소결시켜 3차원 형상을 가공하는 원리를 이용한다. 즉, 상기 원리는 무기질 또는 유기질의 분말재료층 즉 파우더층의 특정 영역에 레이저 빔을 조사하여 상기 영역의 분말의 소결(융착)함으로써, 소결층을 형성하고, 상기 소결층 상에 새로운 파우더층을 피복한 후 상기 새로운 파우더층에 상술한 바와 같은 레이저 빔을 조사하여 하층의 소결층과 일체로된 새로운 소결층을 형성하는 단계를 반복함으로써 복수의 소결층이 적층 일체화된 삼차원 형상을 가공, 제작하게 되는 것이다.In general, an apparatus for processing a three-dimensional shape using a laser uses the principle of processing the three-dimensional shape by sintering the powder by irradiating a laser to the powder. That is, the above principle is to sinter (fusion) the powder of the region by irradiating a laser beam to a specific region of the inorganic or organic powder material layer, that is, the powder layer, thereby forming a sintered layer, and a new powder layer After coating, the new powder layer is irradiated with a laser beam as described above to form a new sintered layer integrated with the lower sintered layer, thereby processing and fabricating a three-dimensional shape in which a plurality of sintered layers are laminated. Will be.

이때 상기 삼차원 형상의 데이터는 캐드 데이터를 원하는 층두께로 슬라이스하여 생성된 각 단면 형상 데이터를 기초로 하여 레이저 빔을 조사하게 되는 것이 어서 머시닝 센터와 같은 장치가 없어도 임의의 3차원 형상의 가공물을 제작할 수 있어 신속하게 원하는 형상의 가공물을 얻을 수 있다.At this time, the data of the three-dimensional shape is to irradiate a laser beam on the basis of each cross-sectional shape data generated by slicing the CAD data to the desired layer thickness to produce a workpiece of any three-dimensional shape without a device such as a machining center The workpiece of the desired shape can be obtained quickly.

이러한 종래의 3차원 형상 가공 장치를 도 1을 참조하여 설명하면, 상기 종래의 3차원 형상 가공장치(10)는 파우더가 도포되어있는 테이블(12)과 상기 테이블(12)상에 승하강 가능하게 설치되는 빌딩 룸(13)으로 구성된다. 상기 빌딩 룸(13)은 상기 테이블(12)에 형성되어 있는 내부공간에 상기 빌딩 룸(13)이 승하강하도록 설치되는 구성이며, 이때 상기 레이저(11)와 상기 빌딩 룸(13)은 제어부(C)에 의해 제어된다. The conventional three-dimensional shape processing apparatus will be described with reference to FIG. 1. The conventional three-dimensional shape processing apparatus 10 is capable of lifting up and down on the table 12 and the table 12 on which powder is applied. It consists of the building room 13 installed. The building room 13 is configured to allow the building room 13 to move up and down in an internal space formed in the table 12, wherein the laser 11 and the building room 13 are controlled by a control unit ( Controlled by C).

즉, 상기 빌딩 룸(13)에 파우더층이 적층되면 상기 레이저(11)가 레이저 빔을 조사하여 상기 파우더층을 소결하게 된다. 이 후 상기 빌딩 룸(13)이 일정 깊이만큼 하강한 후 다시 새로운 파우더층을 적층시키고 동일한 방법으로 상기 새로운 파우더층을 소결하는 공정을 수행하게 된다. 이러한 공정을 반복하면서 원하는 3차원 형상을 가공하게 되는 것이다.That is, when the powder layer is stacked in the building room 13, the laser 11 irradiates a laser beam to sinter the powder layer. Thereafter, the building room 13 is lowered by a predetermined depth, and a new powder layer is laminated again, and the new powder layer is sintered in the same manner. This process is repeated to process the desired three-dimensional shape.

즉, 도 2a에 도시된 바와 같이 일정한 파우더층(P1)상에 레이저를 조사하여 상기 파우더층(P1)을 소결시켜 가공하고자 하는 공작물(W)의 일정 단면을 형성한다. 그리고 나서 상기 도 1에 도시된 바와 같이 빌딩 룸을 하강시키고나서 상기 파우더층(P1)상에 새로운 파우더층(P2)을 도포한다. 이때 상기 새로운 파우더층(P2)의 다시 레이저로 소결하여 가공하고자 하는 3차원 형상을 형성하게 되고(도 2b 참조) 이러한 공정을 반복하여 도 2c에 도시된 바와 같은 3차원 형상을 가공하게 된다.That is, as shown in FIG. 2A, a certain cross section of the workpiece W to be processed is formed by sintering the powder layer P1 by irradiating a laser onto a constant powder layer P1. Then, as shown in FIG. 1, the building room is lowered and a new powder layer P2 is applied onto the powder layer P1. At this time, the new powder layer P2 is sintered again with a laser to form a three-dimensional shape to be processed (see FIG. 2B), and the process is repeated to process the three-dimensional shape as shown in FIG. 2C.

그러나, 이러한 종래의 가공장치에 의하는 경우 상기 레이저 빔의 스팟 사이즈가 일정한 관계로 원하는 형상을 정밀하게 가공하는 것이 어려운 문제가 있다. 즉, 도 2d에 도시된 바와 같이 가공하고자 하는 3차원형상의 단면 중 상기 단면 형상의 중앙부분에 조사되는 레이저 빔(L1)의 경우에는 문제가 없으나, 상기 단면의 외곽부분을 조사하는 레이저 빔(L2)의 경우 상기 단면을 벗어나는 영역까지 조사하게 되어 원하는 3차원 형상이외의 부가적인 부분까지 가공하게 되고, 그 결과 상기 3차원 형상의 정밀도가 하락하게 된다.However, in the case of such a conventional processing apparatus, it is difficult to precisely process a desired shape with a constant spot size of the laser beam. That is, there is no problem in the case of the laser beam (L1) irradiated to the central portion of the cross-sectional shape of the three-dimensional shape to be processed as shown in Figure 2d, but the laser beam for irradiating the outer portion of the cross-section ( In the case of L2) it is irradiated to an area beyond the cross section to process additional parts other than the desired three-dimensional shape, and as a result, the precision of the three-dimensional shape is reduced.

이는 상기 단면의 중앙부분을 조사하는 레이저 빔이나 상기 단면의 외곽부분을 조사하는 레이저 빔의 각 스팟 사이즈가 동일함에 의해 발생되는 것으로서, 이러한 현상에 의해 상기 가공되는 3차원 형상 가공물의 정밀도가 떨어지며 이를 극복하기 위해 상기 가공물의 외곽을 다시 가공해야해서 가공하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.This is caused by the same spot size of the laser beam irradiating the central portion of the cross section or the laser beam irradiating the outer portion of the cross section, and the accuracy of the three-dimensional shaped workpiece to be processed is reduced due to this phenomenon. In order to overcome, there is a problem in that it takes a lot of time to process because the outside of the workpiece must be processed again.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 상기 레이저 빔의 스팟 사이즈를 변경할 수 있게 하여 높은 정밀도를 가지며 최적의 생산 속도를 향상시킬 수 있는 3차원 형상 가공장치를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a three-dimensional shape processing apparatus capable of changing the spot size of the laser beam to improve the optimum production speed by changing the spot size of the laser beam.

상술한 목적은 레이저를 발진하기 위한 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기에 의해 생성된 레이저의 스팟 사이즈를 변경하기 위한 빔 익스팬더와, 상기 빔 익스팬더를 경유한 레이저의 방향을 변경하여 상기 3차원 임의 형상에 맞게 레이저를 조사하는 레이저 스캐너를 포함하는 레이저 유닛과, 상기 레이저 유닛을 수용하 기 위해 상기 본체의 상부에 형성되는 한편 상기 레이저가 관통되기 위한 홀이 형성되는 수용부와, 상기 수용부의 하측에 형성되는 테이블과, 상기 테이블상에 승하강가능하게 장치되어 소결된 파우더가 하강하도록 하는 빌딩 룸과 상기 빌딩 룸 일측에 승하강 가능하게 장치되어 파우더를 상기 테이블상에 상기 파우더를 공급하는 피딩 룸을 포함하는 가공 유닛으로 구성되는 스팟 사이즈 가변형 3차원 형상 가공 장치에 의해 달성될 수 있다.The above object is to change the laser oscillator for oscillating the laser, the beam expander for changing the spot size of the laser generated by the laser oscillator, and the direction of the laser passing through the beam expander to the three-dimensional arbitrary shape. A laser unit including a laser scanner for irradiating a laser, a receptacle formed in an upper portion of the main body to receive the laser unit, and a hole formed therein for penetrating the laser; And a building room for raising and lowering on the table to allow the sintered powder to descend, and a feeding room for lifting and lowering on one side of the building room to supply powder to the table. It is attached by spot size variable three-dimensional shape processing device comprised of processing unit to say It can be.

본 발명은 상술한 바와 같이 레이저의 스팟 사이즈를 변경할 수 있게 하여 가공하고자 하는 형상의 단면 외곽부에는 적은 스팟 사이즈를 가지는 레이저 빔을 조사하여 가공 정밀도를 높이는 한편 이에 의해 가공 속도를 향상시킬 수 있는 3차원 형상 가공장치에 관한 것으로서 이하 첨부된 도면과 실시예를 통해 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.In the present invention, the spot size of the laser can be changed as described above, thereby increasing the processing accuracy by irradiating a laser beam having a small spot size to the outside of the cross section of the shape to be processed and thereby improving the processing speed. It relates to the dimensional shape processing apparatus will be described in detail the configuration of the present invention through the accompanying drawings and examples below.

첨부된 도 3a에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 레이저를 발생하는 레이저 유닛(100)과 상기 레이저 유닛(100)에 의해 발생된 레이저를 이용하여 가공을 수행하는 가공 유닛(200)으로 구성된다.As shown in FIG. 3A, the present invention includes a laser unit 100 that largely generates a laser, and a processing unit 200 that performs processing by using the laser generated by the laser unit 100.

우선 상기 레이저 유닛(100)에 대해 설명하면, 레이저를 발생하기 위한 레이저 발진기(110)와 상기 레이저 발진기(110)에 의해 생성된 레이저의 스팟 사이즈(spot size)를 변경할 수 있는 빔 익스팬더(120)와 상기 빔 익스팬더(120)를 경유한 레이저를 가공하고자 하는 3차원 형상에 맞게 조사하는 레이저 스캐너(150)로 구성된다. 이때 상기 레이저의 경로를 조절하기 위해 미러(130,140)를 설치하는 것 도 바람직하다.First, the laser unit 100 will be described. A laser expander 110 for generating a laser and a beam expander 120 capable of changing a spot size of a laser generated by the laser oscillator 110 may be described. And a laser scanner 150 for irradiating a laser beam through the beam expander 120 according to a three-dimensional shape to be processed. At this time, it is also preferable to install the mirror (130, 140) to adjust the path of the laser.

즉, 상기 빔 익스팬더(120)에 의해 상기 레이저의 스팟 사이즈를 변경하게 되는데, 예를 들어 앞서 설명한 도 2d를 다시 참조하면 가공하고자 하는 3차원 형상의 단면 중 중앙부분을 가공하는 레이저(L1)의 경우 스팟 사이즈를 크게 형성하여 가공 속도를 높이는 한편 상기 단면 중 가장자리 부분을 가공하는 레이저(L2)의 경우 그 스팟 사이즈를 최소화하여 외곽부분의 가공 정밀도를 높이게 된다.That is, the spot size of the laser is changed by the beam expander 120. For example, referring to FIG. 2D, the laser L1 for processing the center portion of the cross section of the three-dimensional shape to be processed is described. In this case, the spot size is increased to increase the processing speed while the laser L2 for processing the edge portion of the cross section minimizes the spot size to increase the machining precision of the outer portion.

이러한 구성을 가지는 레이저 유닛(100)에 대해 도 3b를 참조하여 설명한다. 상기 도 3b에 개념적으로 도시된 바와 같이 레이저 발진기(110)로부터 발진된 레이저는 빔 익스팬더(120)를 통과하며 그 스팟 사이즈가 변경된다. 상기 빔 익스팬더(120)는 2개의 렌즈(121,122)가 그 위치를 변동시켜 가면서 상기 레이저의 스팟 사이즈를 변경시키는 원리를 이용하는 것이다. The laser unit 100 having such a configuration will be described with reference to FIG. 3B. As conceptually shown in FIG. 3B, the laser oscillated from the laser oscillator 110 passes through the beam expander 120 and its spot size is changed. The beam expander 120 uses the principle that the two lenses 121 and 122 change the spot size of the laser while changing their positions.

한편 상기 빔 익스팬더(120)를 경유한 레이저는 레이저 스캐너(150)를 통해 파우더(P)측으로 향하게 된다. 이때 상기 레이저 스캐너(150)의 원리에 대해 설명하면, 상기 레이저가 다각형 형상을 가지는 폴리곤 휠(polygon wheel)(151)에 의해 굴절되고 상기 굴절된 레이저가 렌즈(152)를 거쳐 파우더(P)측으로 향하게 된다. 이때 상기 폴리곤 휠(151)이 회전하면 상기 레이저의 굴절각이 달라지면서 상기 렌저(152)를 통과하는 레이저 역시 다른 위치로 조사된다. 따라서 상기 빔 익스팬더(120)와 상기 레이저 스캐너(150)의 폴리곤 휠(151)을 캐드 데이터에 따라 제어를 하면 원하는 3차원 형상을 가공할 수 있게 되는 것이며, 결국 상기 구성에 의해 가공 속도와 가공 정밀도를 향상시킬 수 있어 본 발명의 3차원 형상 가공 장치의 최적 생산 속도를 향상시킬 수 있게 되는 것이다.Meanwhile, the laser via the beam expander 120 is directed to the powder P side through the laser scanner 150. In this case, the principle of the laser scanner 150 will be described. The laser is refracted by a polygon wheel 151 having a polygonal shape and the refracted laser passes through the lens 152 to the powder P side. Is headed. In this case, when the polygon wheel 151 rotates, the laser beam passing through the lens 152 is irradiated to another position while the refractive angle of the laser is changed. Therefore, when the polygon wheel 151 of the beam expander 120 and the laser scanner 150 is controlled according to the CAD data, the desired three-dimensional shape can be processed. As a result, the processing speed and the processing precision can be achieved by the configuration. It can be improved to be able to improve the optimum production speed of the three-dimensional shape processing apparatus of the present invention.

한편 상기 레이저 유닛(100)을 수용하여 파우더를 가공하는 가공 유닛(200)에 대해 도 3a를 다시 참조하며 설명하기로 한다.Meanwhile, the processing unit 200 for accommodating the laser unit 100 and processing the powder will be described with reference to FIG. 3A.

우선 상기 가공 유닛(200)은 프레임 구조물의 형상을 가지고 있는 본체(250)를 포함한다. 상기 본체(250)는 상부에 상기 레이저 유닛(100)을 수용하는 수용부(240)와 상기 수용부(240)의 하측에 마련되는 테이블(210)로 구성된다. First, the processing unit 200 includes a main body 250 having a shape of a frame structure. The main body 250 includes an accommodating part 240 accommodating the laser unit 100 thereon and a table 210 provided below the accommodating part 240.

상기 수용부(240)는 상기 본체(250)의 상부에 형성되며 그 바닥면에는 상기 레이저 유닛(100)에 의해 생성된 레이저가 상기 테이블(210)측으로 조사되기 위한 홀(241)이 형성된다.The accommodating part 240 is formed at an upper portion of the main body 250, and a hole 241 for irradiating a laser generated by the laser unit 100 to the table 210 is formed at a bottom surface thereof.

또한, 상기 수용부(240) 하측에 형성되는 테이블(210)은 상기 도 3에 도시된 바와 같이 평면형상을 가지고 있다. 이때 상기 테이블(210)상에 승하강 가능하게 장치되는 빌딩 룸(220)과 피딩 룸(230)이 구비된다.In addition, the table 210 formed below the receiving portion 240 has a planar shape as shown in FIG. 3. In this case, a building room 220 and a feeding room 230 are provided on the table 210 so as to be able to move up and down.

즉, 상기 빌딩 룸(220)은 앞서 설명한 바와 같이 승하강 가능하게 장치되는데, 상기 레이저에 의해 일정한 파우더층이 소결되면 그 파우더층을 하강시키는 역할을 하게 된다. 상기 빌딩 룸(220)의 구조는 에어 실린더나 스크류등을 이용하여 승하강 시킬 수 있으며 이에 대해서는 널리 알려진 기술인 관계로 자세한 설명은 생략한다.That is, the building room 220 is configured to be able to move up and down as described above, when a certain powder layer is sintered by the laser serves to lower the powder layer. The structure of the building room 220 may be raised and lowered by using an air cylinder or a screw, etc. The detailed description thereof will be omitted since it is a well-known technique.

이는 상기 피딩 룸(feeding room)(230)의 경우도 동일하다. 다만 상기 피딩 룸(230)의 경우 내부에 파우더가 충진되어 있어, 상기 파우더 룸(230)이 상승하면서 상기 파우더를 상기 테이블(210)상으로 공급하게 된다.The same applies to the feeding room 230. However, in the case of the feeding room 230 is filled with powder, the powder room 230 is raised to supply the powder onto the table 210.

이와 같은 가공 유닛(200)과 상기 레이저 유닛(100)에 의해 3차원 형상을 가공하게 된다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이 상기 레이저 유닛(100)에 의해 레이저가 조사되어 일정 파우더층을 소결하게 되면 상기 빌딩 룸(220)이 하강하게 된다. 이때 상기 빌딩 룸(220) 일측에 장치되는 피딩 룸(230)은 상승하면서 내부에 충진되어 있는 파우더를 상기 테이블(210)상으로 공급하게 된다. 이러한 공정을 반복하면서 원하는 3차원 형상의 가공물을 가공하게 되는 것이다.The three-dimensional shape is processed by the processing unit 200 and the laser unit 100. That is, as described above, when the laser is irradiated by the laser unit 100 to sinter a predetermined powder layer, the building room 220 descends. At this time, the feeding room 230 is installed on one side of the building room 220 is supplied to the table 210, the powder is filled therein while rising. By repeating this process, the workpiece of the desired three-dimensional shape is processed.

한편 상기 레이저 유닛(100)과 가공 유닛(200)은 제어부(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다. 다시 말해서 상기 레이저 유닛(100)의 빔 익스팬더(120)를 제어부에 의해 제어하면서 상기 빌딩 룸(220)과 피딩 룸(230)을 제어하여 3차원 형상을 형성할 수 있는 것이다. 다만 상기 제어부에 관한 내용은 일반적인 내용인 관계로 자세한 설명은 생략한다.The laser unit 100 and the processing unit 200 may be controlled by a controller (not shown). In other words, the building room 220 and the feeding room 230 may be controlled to form a three-dimensional shape while the beam expander 120 of the laser unit 100 is controlled by the controller. However, since the contents of the controller are general contents, detailed description thereof will be omitted.

한편 상술한 바와 같이 본 발명에서 파우더의 공급은 상기 피딩 룸(230)이 상승하면서 내부에 충진된 파우더를 상기 테이블(210)상에 공급하는 구성을 취하는데, 이때 상기 테이블(210)상에 공급된 파우더를 상기 빌딩 룸(220)으로 도포하기 위해 롤러 유닛(300)을 구비하는 것도 바람직하다.Meanwhile, as described above, in the present invention, the powder is supplied with the powder filled therein while the feeding room 230 is raised on the table 210, and the powder 210 is supplied on the table 210. It is also preferable to have a roller unit 300 to apply the powder to the building room 220.

즉, 상기 도 3에 개념적으로 도시된 바와 같이 롤러 유닛(300)을 상기 테이블(210) 일측 끝부분에 설치한 후 상기 피딩 룸(230)이 상승하면 그에 의해 공급된 파우더를 상기 롤러 유닛(300)이 지나가면서 도포하게 되는 것이다.That is, as shown conceptually in FIG. 3, after the roller unit 300 is installed at one end of the table 210, when the feeding room 230 rises, the powder supplied thereto is supplied to the roller unit 300. ) Will be applied as it passes.

이와 같은 상기 롤러 유닛(300)에 대해 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Such a roller unit 300 will be described in more detail with reference to FIG. 4.

상기 롤러 유닛(300)은 우선 상기 파우더를 눌러가면서 도포하게 되는 원통형상의 롤러 본체(330)와 상기 롤러 본체 양측에 형성되는 샤프트(332)가 구비된다. 이때 상기 샤프트(332)가 끼움되는 지지 브라켓(320)이 양측에 설치된다. 이때 상기 지지 브라켓(320)에 끼움홈(321)을 형성하여 상기 샤프트(332)를 상기 지지 브라켓(320)에 끼움 하는 것도 가능하다.The roller unit 300 is first provided with a cylindrical roller body 330 to be applied while pressing the powder and a shaft 332 formed on both sides of the roller body. At this time, the support bracket 320 to which the shaft 332 is fitted is installed at both sides. In this case, it is also possible to form the fitting groove 321 in the support bracket 320 to fit the shaft 332 to the support bracket 320.

한편 상기 롤러 본체(330)를 회전하기 위해 상기 롤러 본체(330)의 일 샤프트(332)에 연결되는 모터(M)가 장치되며, 상기 모터(M)를 수용하는 한편 상기 지지 브라켓(320) 일측에 장치되는 하우징(H)을 구비하는 것도 바람직하다. 또한, 상기 롤러 본체(330)상에 커버(310)를 장치하여 상기 롤러 본체(330)에 운동에 의해 파우더가 비산되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. Meanwhile, a motor M connected to one shaft 332 of the roller body 330 is installed to rotate the roller body 330, and accommodates the motor M, while one side of the support bracket 320 is located. It is also preferable to provide the housing H installed in the. In addition, the cover 310 is installed on the roller body 330 to prevent the powder from being scattered by the roller body 330 by movement.

이때 상기 커버(310) 및 지지 브라켓(320)상에 형성된 고정홀(211,322)에 끼움되는 고정구(F)에 의해 상기 커버(310)를 고정하게 된다.At this time, the cover 310 is fixed by the fastener F fitted into the fixing holes 211 and 322 formed on the cover 310 and the support bracket 320.

이상 설명한 바와 같은 롤러 유닛(300)에 의해 파우더가 도포되는데 이에 대해 상세히 설명한다.Powder is applied by the roller unit 300 as described above will be described in detail.

우선 상기 피드 룸(230)의 상승에 의해 파우더가 상기 테이블(210)상에 올라오게 되면 상기 롤러 유닛(300)이 작동된다. 이때 상기 롤러 본체(330)의 운동에 의해 상기 올라온 파우더를 밀고 가면서 균일하게 도포하게 되고, 결국 상기 빌딩 룸(220)상에 파우더를 균일하게 도포하게 되는 것이다. 이렇게 도포된 파우더상에 상술한 바와 같은 레이저를 조사하여 소결시키게 된다. First, when the powder is raised on the table 210 by the feed room 230 is raised, the roller unit 300 is operated. At this time, the powder is uniformly applied while pushing the powder by the movement of the roller body 330, and eventually the powder is uniformly coated on the building room 220. The powder thus applied is sintered by irradiating the laser as described above.

이후 상기 빌딩 룸(220)이 하강하면서 상기 피딩 룸(230)이 상승하며 다시 파우더를 보충하면 상기 롤러 본체(330)가 운동하며 상기 하강된 빌딩 룸(220)상에 새로운 파우더를 보충하게 된다. 이러한 공정을 반복하면서 원하는 3차원 형상을 가공하게 되는 것이다.Thereafter, as the building room 220 descends, the feeding room 230 rises and replenishes the powder again, and the roller body 330 moves and replenishes the new powder on the lowered building room 220. This process is repeated to process the desired three-dimensional shape.

한편 상술한 바와 같이 파우더를 균등 도포하기 위해 상기 롤러 본체(330)가 회전하며 이동하게 되는데 그 이동 궤적을 일정하게 유지할 필요가 있다. 이를 위해 상기 하우징(H)의 하측에 일정 부분 함몰시켜 형성한 슬라이딩 그루브(H1)와 상기 슬라이딩 그루브(H1)가 끼움되어 운동하는 가이드(340)를 설치하는 것이 바람직하다. On the other hand, the roller body 330 is rotated and moved to uniformly apply the powder as described above, it is necessary to keep the movement trajectory constant. To this end, it is preferable to install a sliding groove H1 formed by recessing a portion of the housing H and a guide 340 in which the sliding groove H1 is fitted.

이와 같은 구성에 의해 상기 롤러 본체(330)가 일정한 방향으로 운동하면서 상기 파우더를 균등하게 분포하게 되며 보다 정밀한 3차원 형상을 가공할 수 있게 되는 것이다.By such a configuration, the roller body 330 moves in a constant direction, thereby uniformly distributing the powder and processing a more precise three-dimensional shape.

이상 살펴본 바와 같이 종래에는 레이저의 스팟 사이즈가 변경되지 아니하여 원하는 형상의 단면의 외곽부분을 조사하는 경우 상기 단면을 벗어나는 영역까지 조사하게 되어 원하는 3차원형상이외의 부가적인 부분까지 가공하게 되어 정밀도가 하락하는 문제점이 있었으나, As described above, in the case of irradiating the outer portion of the cross section of the desired shape without changing the spot size of the laser, the laser beam is irradiated to an area beyond the cross section and processed to an additional portion other than the desired three-dimensional shape. There was a problem falling,

본 발명의 경우 레이저 발진기에 빔 익스팬더와 레이저 스캐너를 구비하는 레이저 유닛과 상기 레이저 유닛을 수용하는 가공 유닛의 구성에 의해 상기 외곽부분을 조사하는 경우 스팟 사이즈를 최소화하여 정밀도를 향상시키는 한편 이에 의해 최적의 생산속도를 향상시키는 효과가 있다.In the present invention, the laser oscillator includes a laser expander having a beam expander and a laser scanner, and a processing unit for accommodating the laser unit, thereby minimizing spot size and improving accuracy when irradiating the outer portion. It has the effect of improving the production speed.

Claims (3)

레이저를 발생, 조사하는 레이저 유닛과, 상기 레이저에 의해 파우더를 소결하여 3차원 임의 형상을 가공하는 가공유닛을 구비하는 장치로서,An apparatus comprising a laser unit for generating and irradiating a laser, and a processing unit for sintering powder by the laser to process a three-dimensional arbitrary shape, 상기 레이저 유닛은 상기 레이저를 발진하기 위한 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기에 의해 생성된 레이저의 스팟 사이즈를 변경하기 위한 빔 익스팬더와, 상기 빔 익스팬더를 경유한 레이저의 방향을 변경하여 상기 3차원 임의 형상에 맞게 레이저를 조사하는 레이저 스캐너를 포함하고,The laser unit comprises a laser oscillator for oscillating the laser, a beam expander for changing the spot size of the laser generated by the laser oscillator, and a direction of the laser via the beam expander to change the three-dimensional arbitrary shape. Includes a laser scanner for irradiating the laser to 상기 가공 유닛은 프레임 구조물의 본체와 상기 레이저 유닛을 수용하기 위해 상기 본체의 상부에 형성되는 한편 상기 레이저가 관통되기 위한 홀이 바닥면에 형성되는 수용부와, 상기 수용부의 하측에 형성되는 테이블과, 상기 테이블상에 승하강가능하게 장치되어 소결된 파우더가 하강하도록 하는 빌딩 룸과 상기 빌딩 룸 일측에 승하강 가능하게 장치되어 파우더를 상기 테이블상에 상기 파우더를 공급하는 피딩 룸을 포함하는 것을 특징으로 하는 최적 생산 속도 향상을 위한 스팟 사이즈 가변형 3차원 형상 가공 장치.The processing unit includes a main body of a frame structure and an upper portion of the main body for accommodating the laser unit, and a receiving portion having a hole for penetrating the laser on a bottom surface thereof, a table formed below the receiving portion; And a building room configured to be descendable on the table to allow the sintered powder to descend, and a feeding room configured to be descendable on one side of the building room to supply powder to the table. Spot size variable three-dimensional shape processing device for optimum production speed improvement. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 테이블의 일측 단부에 설치되어 상기 피딩 룸이 상승함에 의해 공급된 파우더를 상기 테이블상에 균일하게 분포시키기 위한 것으로서,It is installed at one end of the table for uniformly distributing the powder supplied by the feeding room is raised on the table, 상기 파우더를 균일하게 분포하는 원통형상의 롤러 본체 및 상기 본체 양측 에 형성되는 샤프트;와,A cylindrical roller body for uniformly distributing the powder and a shaft formed on both sides of the body; 상기 롤러 본체의 양측에 각각 장치되어 상기 샤프트가 끼움되는 지지 브라켓;과,Support brackets are provided on both sides of the roller body, the shaft is fitted; And, 상기 지지 브라켓 중 일측에 장치되어 상기 롤러 본체를 회전시키는 모터를 수용하는 하우징;을 구비하는 롤러 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스팟 사이즈 가변형 3차원 형상 가공 장치.And a roller unit provided on one side of the support bracket to accommodate a motor for rotating the roller body. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 하우징의 하측면에 함몰되어 형성되는 슬라이딩 그루브;와,A sliding groove formed by being recessed in a lower side of the housing; 상기 슬라이딩 그루브가 끼움되어 운동 방향을 안내하도록 돌출되는 가이드를 더 포함하여 상기 롤러 유닛이 정확하게 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 스팟 사이즈 가변형 3차원 형상 가공 장치.The sliding groove is fitted in the spot size variable three-dimensional shape processing apparatus, characterized in that it further comprises a guide that protrudes to guide the direction of movement so that the roller unit moves accurately.
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