KR20150047866A - Three-demensional printing devise making bead by using metal powder - Google Patents

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Abstract

Provided is a three-dimensional printing device forming a bead using a metallic powder. The three-dimensional printing device forming the bead using the metallic powder comprises: a sensor unit collecting three-dimensional spatial information of a bead space wherein a plurality of welding lines meet; a control unit modeling a final shape to sinter the bead space using the three-dimensional spatial information; and a printing unit forming the bead inside the bead space using the final shape.

Description

금속 분말을 이용하여 비드를 형성하는 3차원 프린트 장치{Three-demensional printing devise making bead by using metal powder}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a three-dimensional printing apparatus for forming a bead using a metal powder,

본 발명은 금속 분말을 이용하여 비드를 형성하는 3차원 프린트 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional printing apparatus for forming beads using metal powder.

일반적으로 3차원의 입체 형상을 가진 시제품(Prototype)을 제작하기 위해서는 도면에 의존하여 수작업에 의해 이루어지는 목합 제작방식과 CNC 밀링에 의한 제작방식 등이 있다. 그러나, 목합 제작방식은 수작업에 의하므로 정교한 수치제어가 어렵고 많은 시간이 소요되며, CNC 밀링에 의한 제작방식은 정교한 수치제어가 가능하지만 공구간섭에 의하여 가공하기 어려운 형상이 많다. 따라서, 최근에는 제품의 디자이너 및 설계자가 만들어낸 3차원 모델링에서 생성된 데이터를 저장한 컴퓨터를 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작하는 이른바 3차원 프린터 방식이 등장하게 되었다.Generally, to produce prototype with three dimensional shape, there is a method of making by hand and a method by CNC milling depending on the drawing. However, since the method of making the woodwork is by hand, elaborate numerical control is difficult and time consuming, and the CNC milling method is capable of precise numerical control, but there are many shapes that are difficult to process due to tool interference. Therefore, recently, a so-called three-dimensional printer method of fabricating prototypes of a three-dimensional shape using a computer storing data generated in a three-dimensional modeling produced by product designers and designers has emerged.

이러한 3차원 프린터 방식에는 광경화성 수지에 레이저 광선을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(StereoLithograhhic Apparatus)와, SLA에서의 광경화성 수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속 분말을 사용하며 레이저 광선을 주사하여 고결(固結)시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS(Selective Laser Sintering)와, 접착제가 칠해져 있는 종이를 원하는 단면으로 레이져 광선을 이용하여 절단하여 한층씩 적층하여 성형하는 LOM(Laminated Object Manufacturing)과, 잉크젯(Ink-Jet) 프린터 기술을 이용한 BPM(Ballistic Particle Manufacturing) 등이 있다. 특히, BPM 방식은 레이저를 이용한 타방식과는 달리 복잡하고 정교한 입체형상을 가진 조형물을 만드는데 적합하다.In this type of three-dimensional printer, SLA (Stereo Lithography Apparatus) which uses the principle that the scanned portion is cured by injecting the laser beam to the photo-curable resin, and a functional polymer or metal powder instead of the photo- SLS (Selective Laser Sintering), which uses the principle of solidification by injection, and Laminated Object Manufacturing (LOM), which cuts glue-coated paper using a laser beam in a desired cross-section, , And BPM (Ballistic Particle Manufacturing) using Ink-Jet printer technology. In particular, the BPM method is suitable for making sculptures having complicated and elaborate three-dimensional shapes unlike other systems using laser.

대한민국공개특허 제2002-0087250호Korean Patent Publication No. 2002-0087250

본 발명이 해결하려는 과제는, 쉘 구조물의 미완된 비드 공간에 금속 분말을 이용하여 비드를 형성하는 3차원 프린트 장치를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a three-dimensional printing apparatus for forming beads by using metal powder in an unfinished bead space of a shell structure.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 금속 분말을 이용하여 비드를 형성하는 3차원 프린트 장치의 일 면(aspect)은 복수의 용접선이 만나는 비드 공간의 3차원 공간 정보를 수집하는 센서부, 상기 3차원 공간 정보를 이용하여, 상기 비드 공간을 소결하기 위한 최종 형상을 모델링하는 제어부, 및 상기 최종 형상을 이용하여 상기 비드 공간에 비드를 형성하는 인쇄부를 포함한다.One aspect of the three-dimensional printing apparatus for forming beads using metal powder of the present invention for solving the above problems is a sensor unit for collecting three-dimensional spatial information of a bead space where a plurality of weld lines meet, A control unit for modeling a final shape for sintering the bead space using spatial information, and a printing unit for forming a bead in the bead space using the final shape.

또한, 상기 인쇄부는 3차원 프린팅을 수행하는 분사부와, 상기 분사부의 위치를 조절하는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는 길이 조절이 가능한 셋 이상의 지지부를 포함하고, 상기 지지부는 상기 제어부에 의해 제어되고, 길이 조절을 통해 상기 분사부를 X축, Y축 또는 Z축으로 이동시킬 수 있다.The printing unit may include a jetting unit for performing three-dimensional printing and a driving unit for adjusting the position of the jetting unit. The driving unit may include three or more length-adjustable supporters, and the supporter may be controlled by the controller , The injection unit can be moved along the X axis, the Y axis, or the Z axis through the length adjustment.

또한, 상기 지지부는 자성을 이용해 선박의 쉘 구조물 상에 고정될 수 있다.In addition, the support can be secured on the shell structure of the ship using magnetism.

또한, 상기 분사부는 금속 분말을 이용하여, 상기 비드 공간에 금속 비드를 3차원 프린팅할 수 있다.In addition, the injection unit can print the metal beads three-dimensionally in the bead space using metal powder.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 금속 분말을 이용하여 비드를 형성하는 3차원 프린트 장치의 다른 면은 단일 폐곡선 형태의 프레임, 상기 프레임에 고정되어 3차원 프린팅을 수행하는 분사부, 상기 분사부에 장착되는 센서부, 및 상기 프레임에 연결되고, 선박의 쉘 구조물에 지지되며, 길이 조정을 통해서 상기 프레임의 위치를 조정함으로써 상기 분사부의 위치를 조정하는 셋 이상의 지지부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional printing apparatus for forming a bead using metal powder according to the present invention, comprising: a frame having a single closed curve shape; a jetting unit fixed to the frame for performing three- And a support portion connected to the frame and supported by the shell structure of the ship and adjusting the position of the frame by adjusting the length of the frame.

또한, 상기 지지부는 길이 조정이 가능한 연결부와, 상기 쉘 구조물에 지지되기 위한 받침부를 포함하고, 상기 연결부는 상기 프레임에 연결되는 이음단과, 상기 이음단에 연결되는 제1 유니버셜 조인트와, 상기 제1 유니버셜 조인트에 연결되는 실린더와, 상기 실린더와 결합하여 길이가 조절되는 실린더축을 포함하고, 상기 받침부는 상기 실린더축과 연결되는 제2 유니버셜 조인트와 상기 제2 유니버셜 조인트와 연결되는 고정단을 포함한다.The supporting portion includes a connecting portion capable of adjusting the length and a receiving portion for supporting the shell structure. The connecting portion includes a connecting end connected to the frame, a first universal joint connected to the connecting end, A cylinder connected to the universal joint, and a cylinder shaft whose length is adjusted in association with the cylinder, wherein the receiving portion includes a second universal joint connected to the cylinder shaft and a fixed end connected to the second universal joint.

또한, 상기 받침부는 자성을 띌 수 있다.Further, the receiving portion may be magnetized.

또한, 상기 센서부는 상기 분사부 상에 위치하고, 레이저 비전 센서(LVS)를 포함할 수 있다.In addition, the sensor unit may be located on the jetting unit and may include a laser vision sensor (LVS).

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치의 블럭도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치의 제어부의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치의 동작 후, 금속 비드가 형성된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치의 동작 후, 금속 비드의 단면을 나타낸 도면이다.1A is a block diagram of a three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
1B is a block diagram of a control unit of a three-dimensional printing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the operation of the three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a state in which a metal bead is formed after the operation of the three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a metal bead after operation of the three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Brief Description of the Drawings The advantages and features of the present invention, and how to achieve them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.One element is referred to as being "connected to " or" coupled to "another element, either directly connected or coupled to another element, One case. On the other hand, when one element is referred to as being "directly connected to" or "directly coupled to " another element, it does not intervene another element in the middle. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. "And / or" include each and every combination of one or more of the mentioned items.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.The terms spatially relative, "below", "beneath", "lower", "above", "upper" May be used to readily describe a device or a relationship of components to other devices or components. Spatially relative terms should be understood to include, in addition to the orientation shown in the drawings, terms that include different orientations of the device during use or operation. For example, when inverting an element shown in the figures, an element described as "below" or "beneath" of another element may be placed "above" another element. Thus, the exemplary term "below" can include both downward and upward directions. The elements can also be oriented in different directions, so that spatially relative terms can be interpreted according to orientation.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치의 블럭도이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치의 제어부의 블록도이다.1A is a block diagram of a three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention. 1B is a block diagram of a control unit of a three-dimensional printing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1a 및 1b을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치(1)는 센서부(100), 제어부(200), 인쇄부(300)를 포함한다. 인쇄부(300)는 분사부(310)와 구동부(360)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1A and 1B, a three-dimensional printing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a sensor unit 100, a control unit 200, and a printing unit 300. The printing unit 300 may include a jetting unit 310 and a driving unit 360.

센서부(100)는 3차원 공간의 공간정보를 수집할 수 있다. 예를 들어, 선박의 쉘 구조물(410; 도 3에 도시)에서 용접선(420; 도 3에 도시)이 모이는 비드 공간(430; 도 3에 도시)이 있는 경우, 센서부(100)는 복수의 용접선(420)이 만나는 비드 공간(430)에 대한 3차원 공간 정보를 획득할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 센서부(100)는 레이저 비전 센서(LVS; Laser Vision Sensor) 또는 일반적인 3차원 인식 디지털 카메라로 구현할 수 있다.The sensor unit 100 can collect spatial information of the three-dimensional space. For example, if there is a bead space 430 (shown in FIG. 3) in which a weld line 420 (shown in FIG. 3) converges in a shell structure 410 (shown in FIG. 3) Dimensional spatial information about the bead space 430 where the weld line 420 meets. However, the present invention is not limited thereto. The sensor unit 100 may be implemented by a laser vision sensor (LVS) or a general three-dimensional recognition digital camera.

쉘 구조물(410)은 휘어지는 얇은 판을 이용한 구조로서, 곡면조 형태의 입체적인 형태를 지닌 구조물을 의미한다. 쉘이란, 역학적으로 응력만으로 처리하여 휨모멘트를 0으로 하는 원반형, 구형과 같은 일체식 공간 구조을 의미한다. 예를 들어, 선박의 곡면을 띄는 입체적 형태가 쉘 구조에 포함될 수 있다.The shell structure 410 is a structure using a bent thin plate, which means a structure having a three-dimensional shape in the form of a curved surface. The shell means an integral spatial structure such as a disk or a sphere which mechanically treats with stress only and a bending moment is zero. For example, a three-dimensional shape with a curved surface of the ship may be included in the shell structure.

비드 공간(430)은 선박의 쉘 구조물(410)을 용접할 때, 둘 이상의 용접선(420)이 만나는 빈 공간을 의미한다. 비드 공간(430)까지 그대로 용접을 할 경우, 둘 이상의 용접선(420)이 겹쳐져서 용접부분이 두꺼워진다. 이로 인해, 용접부분의 잔류응력이 높아져 용접부에 크랙 또는 결함이 생길 가능성이 높아질 수 있다. 용접부가 단순해 지도록 금속 비드(440 ; 도 4에 도시) 또는 세라믹 비드(미도시)를 형성할 경우, 잔류응력은 낮아질 수 있다. Bead space 430 refers to an empty space where two or more weld lines 420 meet when welding the shell structure 410 of the ship. When welding is performed as it is to the bead space 430, two or more welding lines 420 are overlapped and the welded portion becomes thick. As a result, the residual stress of the welded portion is increased, and the possibility that a crack or a defect occurs in the welded portion may be increased. When metal beads 440 (shown in Fig. 4) or ceramic beads (not shown) are formed to simplify the welded portion, the residual stress can be lowered.

제어부(200)는 센서부(100)로부터 3차원 공간 정보를 입력받아, 3차원 공간 정보를 이용하여 비드 공간(430)을 소결하는 최종 형상을 모델링할 수 있다. 이어서, 제어부(200)는 모델링한 이미지 정보를 프린터가 인식할 수 있는 인쇄 이미지 정보로 변환할 수 있다. 제어부(200)는 변환된 인쇄 이미지 정보를 이용하여 인쇄부(300)의 분사부(310)와 구동부(360)를 제어할 수 있다.The controller 200 receives the three-dimensional spatial information from the sensor unit 100, and can model the final shape of the bead space 430 using the three-dimensional spatial information. Then, the control unit 200 can convert the modeled image information into print image information that can be recognized by the printer. The control unit 200 can control the jetting unit 310 and the driving unit 360 of the printing unit 300 using the converted print image information.

제어부(200)는 제1 인터페이스(210; FIRST INTERFACE), 롬(220; ROM), 램(230; RAM), 중앙처리장치(240; CPU), 디지털 신호처리 프로세서(250; DIGITAL SIGNAL PROCESSOR), 제2 인터페이스(260; SECOND INTERFACE), 데이터 버스(270; DATA BUS)를 포함할 수 있다.The controller 200 includes a first interface 210, a ROM 220, a RAM 230, a central processing unit (CPU) 240, a digital signal processor (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR) 250, A second interface 260 (SECOND INTERFACE), and a data bus 270 (DATA BUS).

제1 인터페이스(210), 롬(220), 램(230), 중앙처리장치(240), 디지털 신호처리 프로세서(250), 제2 인터페이스(260)는 데이터 버스(270)를 통하여 서로 결합될 수 있다. 데이터 버스(270)는 데이터들이 이동되는 통로(path)에 해당한다. 제1 인터페이스(210)는 센서부(100)로부터 3차원 공간 정보를 전송받을 수 있다.The first interface 210, the ROM 220, the RAM 230, the central processing unit 240, the digital signal processing processor 250, and the second interface 260 may be coupled to each other via the data bus 270 have. The data bus 270 corresponds to a path through which data is moved. The first interface 210 can receive three-dimensional spatial information from the sensor unit 100.

롬(220)은 3차원 공간 정보를 처리하기 위한 제어 프로그램이 기록될 수 있는 비휘발성 메모리이다. 롬(220)은 EEPROM(Electrical Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(flash memory)와 같은 하나 이상의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.The ROM 220 is a nonvolatile memory in which a control program for processing three-dimensional spatial information can be recorded. ROM 220 may include one or more non-volatile memory, such as an Electrical Erasable Programmable ROM (EEPROM), a flash memory.

램(230)은 수행 과정에서 얻어지는 각종 데이타나 결과치를 기록하는데 이용되는 휘발성 메모리이다. DDR SDRAM(Double Data Rate Static DRAM), SDR SDRAM(Single Data Rate SDRAM), SRAM(Static Random Access Memory)과 같은 하나 이상의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. The RAM 230 is a volatile memory used to record various data and result values obtained in the course of execution. Such as a DDR SDRAM (Double Data Rate Static DRAM), an SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM), or a Static Random Access Memory (SRAM).

중앙처리장치(240)는 롬(220)의 제어 프로그램에 따라 인쇄 이미지 정보를 인쇄부(300)의 분사부(310)와 구동부(360)를 제어하기 위한 신호로 변환 후, 제2 인터페이스(260)로 출력할 수 있다. 중앙처리장치(240)는 하나의 프로세서 코어(single-core)를 포함하거나, 복수의 프로세서 코어들(multi-core)을 포함하여 데이터를 처리할 수 있다. 예를 들어, 코어 장치는 듀얼 코어(dual-core), 쿼드 코어(quad-core), 헥사 코어(hexa-core) 등의 멀티 코어(multi-core)를 포함할 수 있다.  The central processing unit 240 converts the print image information into a signal for controlling the jetting unit 310 and the driving unit 360 of the printing unit 300 according to the control program of the ROM 220, ). The central processing unit 240 may include a single processor core or may include a plurality of processor cores to process data. For example, the core device may include a multi-core such as a dual-core, a quad-core, or a hexa-core.

디지털 신호처리 프로세서(250)는 센서부(100)로부터 얻은 3차원 공간 정보를 인쇄 이미지 정보로 변환할 수 있고, 비드 공간(430)을 소결하는 최종 형상을 모델링할 수 있다.The digital signal processing processor 250 can convert the three-dimensional spatial information obtained from the sensor unit 100 into print image information and model the final shape to sinter the bead space 430. [

제2 인터페이스(260)는 인쇄 이미지 정보에 따른 제어신호를 인쇄부(300)로 전송할 수 있다.The second interface 260 may transmit a control signal according to the print image information to the printing unit 300.

인쇄부(300)는 제어부(200)로부터 입력받은 최종 형상을 이용하여 복수의 용접선(420)이 만나는 비드 공간(430)에 비드를 형성할 수 있다. 인쇄부(300)의 분사부(310)와 구동부(360)는 제어부(200)의 제어를 받는다. 제어부(200)에서 입력된 신호에 의해, 분사부(310)와 구동부(360)는 제어부(200)에서 모델링한 최종 형상과 동일한 금속 비드 구조물을 형성할 수 있다.The printing unit 300 may form a bead in the bead space 430 where a plurality of welding lines 420 meet, using the final shape received from the controller 200. The jetting unit 310 and the driving unit 360 of the printing unit 300 are under the control of the control unit 200. The injection unit 310 and the driving unit 360 can form the same metal bead structure as the final shape modeled by the control unit 200 by the signal inputted from the control unit 200. [

분사부(310)는 금속 분말을 이용하여 비드 공간(430)에 금속 비드(440)를 형성할 수 있다. The sprayer 310 may form a metal bead 440 in the bead space 430 using metal powder.

구동부(360)는 프레임(320)에 연결되고, 선박의 쉘 구조물(410)에 지지되며, 길이 조정을 통해서 프레임(320)의 위치를 조정함으로써 분사부(310)의 위치를 조정하는 셋 이상의 지지부(350a, 350b, 350c)를 포함할 수 있다. 지지부(350a, 350b, 350c)는 제어부(200)에 의해 제어되고, 길이 조절을 통해 상기 분사부(310)를 X축, Y축 또는 Z축으로 이동시킬 수 있다. 분사부(310)는 제어부(200)에 의해 최적 경로로 움직일 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 2에서 자세히 하도록 한다.The driving unit 360 is connected to the frame 320 and is supported by the shell structure 410 of the ship and adjusts the position of the frame 320 through the length adjustment to adjust the position of the jetting unit 310, (350a, 350b, 350c). The support portions 350a, 350b, and 350c are controlled by the controller 200 and can move the spraying portion 310 along the X axis, the Y axis, or the Z axis through the length adjustment. The jetting unit 310 can be moved to the optimum path by the control unit 200. [ A detailed description thereof is given in FIG.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치의 사시도이다.2 is a perspective view of a three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치(1)는 프레임(320), 분사부(310), 제어부(210), 센서부(110), 구동부(360)를 포함한다. 분사부(310)는 분사노즐(312)과 파우더 공급부(314)를 포함할 수 있다.2, a three-dimensional printing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a frame 320, a jetting unit 310, a control unit 210, a sensor unit 110, and a driving unit 360 do. The jetting section 310 may include a jetting nozzle 312 and a powder supplying section 314.

프레임(320)은 단일 폐곡선 형태를 가질 수 있다. 프레임(320)은 분사부(310)를 고정시킬 수 있다. 프레임(320)은 금속 또는 플라스틱 제형으로 구성될 수 있다. 프레임(320)은 외측 프레임(322)의 형태는 사각형 또는 원형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 프레임(320)의 중심에 위치한 분사부(310)를 고정시키는 내측 프레임(324)은 외측 프레임(322)과 연결될 수 있다. 외측 프레임(322)은 사각형이고, 네개로 이루어진 내측 프레임(324)은 프레임(320)의 중심에 있는 분사부(310)를 고정시킬 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The frame 320 may have a single closed curve shape. The frame 320 may fix the jetting unit 310. The frame 320 may be constructed of metal or plastic formulations. The shape of the outer frame 322 of the frame 320 may be a square or a circle. For example, the inner frame 324 that fixes the jetting portion 310 located at the center of the frame 320 may be connected to the outer frame 322. The outer frame 322 is rectangular and the inner frame 324 of four pieces can fix the jetting portion 310 at the center of the frame 320. However, the present invention is not limited thereto.

분사부(310)의 분사노즐(312)은 분사부(310)의 일측에 형성될 수 있다. 분사노즐(312)은 금속 분말 또는 세라믹 소재을 이용하여 특정 위치에 금속 분말을 고결시킬 수 있다. 예를 들어, 금속 분말, 세라믹 소재를 특정 위치에 펼치고, 최종 형상의 각 층의 패턴에 따라 레이저빔으로 용접을 하는 공정을 반복하여 각각의 층을 이어나가면 최종 완성된 금속 비드(440) 또는 세라믹 비드(미도시)를 얻을 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The injection nozzle 312 of the jetting unit 310 may be formed on one side of the jetting unit 310. The injection nozzle 312 can solidify the metal powder at a specific position using a metal powder or a ceramic material. For example, by repeating the process of spreading a metal powder or a ceramic material at a specific position and welding with a laser beam in accordance with the pattern of each layer of the final shape, each of the layers is connected to form a final finished metal bead 440 or ceramic A bead (not shown) can be obtained. However, the present invention is not limited thereto.

파우더 공급부(314)는 분사노즐(312)과 연결될 수 있다. 파우더 공급부(314)는 분사부(310)의 몸체에 해당하고, 내부에 빈 공간을 구비할 수 있다. 파우더 공급부(314)의 내부에는 금속 분말 또는 세라믹 분말이 보관될 수 있다. 파우더 공급부(314)는 분사노즐(312)에 금속 분말 또는 세라믹 분말을 공급할 수 있다.The powder supply part 314 may be connected to the injection nozzle 312. The powder supply unit 314 corresponds to the body of the jetting unit 310 and may have an empty space therein. Metal powder or ceramic powder may be stored in the powder supply part 314. The powder supply unit 314 may supply metal powder or ceramic powder to the spray nozzle 312.

제어부(210)는 분사부(310)의 타측에 위치할 수 있다. 분사부(310)의 일측에는 분사노즐(312)이 형성되어 있고, 분사부(310)의 타측에는 제어부(210)가 위치할 수 있다. 제어부(210)는 센서부(110)로부터 받은 데이터를 이용하여 모델링한 최종 형상을 구현하도록 분사부(310)와 구동부(360)를 제어할 수 있다. 제어부(200)에 의해, 분사부(310)는 최적 경로로 움직일 수 있다. 제어부(210) 는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 제어부(210)와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.The control unit 210 may be located on the other side of the jetting unit 310. A spray nozzle 312 is formed on one side of the sprayer 310 and a control unit 210 may be located on the other side of the sprayer 310. The control unit 210 may control the spray unit 310 and the driving unit 360 to implement the final shape modeled using the data received from the sensor unit 110. [ The control unit 200 allows the jetting unit 310 to move to the optimum path. The control unit 210 may be substantially the same as the control unit 210 described with reference to FIGS.

센서부(110)는 3차원 공간 정보를 감지하는 센서(112)를 포함할 수 있다. 센서부(110)는 분사부(310)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 센서부(110)는 분사노즐(312)과 같은 방향을 향하도록 분사부(310)의 외측에 장착될 수 있다. 금속 분말 또는 세라믹 소재가 분사되는 분사노즐(312)과 센서부(110)의 센서(112)의 위치가 가까울수록 모델링한 최종 형상을 구현하는데 오차를 줄일 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 센서부(110)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 센서부(200)와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.The sensor unit 110 may include a sensor 112 for sensing three-dimensional spatial information. The sensor unit 110 may be mounted on the jetting unit 310. For example, the sensor unit 110 may be mounted outside the jetting unit 310 so as to face the same direction as the jetting nozzle 312. The closer the positions of the injection nozzle 312 and the sensor 112 of the sensor unit 110 are, the closer to the position of the metal powder or the ceramic material is, the less the error in realizing the final shape modeled. However, the present invention is not limited thereto. The sensor unit 110 may be formed substantially the same as the sensor unit 200 described with reference to FIGS.

구동부(360)는 프레임(320)에 연결되고, 선박의 쉘 구조물(410)에 지지되며, 길이 조정을 통해서 프레임(320)의 위치를 조정함으로써 분사부(310)의 위치를 조정하는 셋 이상의 지지부(350a, 350b, 350c)를 포함할 수 있다.The driving unit 360 is connected to the frame 320 and is supported by the shell structure 410 of the ship and adjusts the position of the frame 320 through the length adjustment to adjust the position of the jetting unit 310, (350a, 350b, 350c).

지지부(350a, 350b, 350c)는 프레임(320)의 외측에 연결될 수 있다. 예를 들어, 프레임(320)의 외측에는 3개의 지지부(350a, 350b, 350c)가 연결될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 4개 또는 5개의 지지부(미도시)가 프레임(320)에 연결될 수 있다.The supports 350a, 350b, and 350c may be connected to the outside of the frame 320. FIG. For example, three supports 350a, 350b and 350c may be connected to the outside of the frame 320. [ However, the present invention is not limited thereto, and four or five supporting portions (not shown) may be connected to the frame 320.

지지부(350a, 350b, 350c)는 길이가 조절되는 연결부(330)와 선박의 쉘 구조물(410) 상에 고정되는 받침부(340)를 포함할 수 있다. 지지부(350a, 350b, 350c)는 제어부(210)에 의해 제어되고, 길이 조절을 통해 분사부(310)를 X축, Y축 또는 Z축으로 이동시킬 수 있다.The support portions 350a, 350b and 350c may include a connection portion 330 whose length is adjusted and a support portion 340 which is fixed on the shell structure 410 of the ship. The support portions 350a, 350b and 350c are controlled by the control portion 210 and can move the spraying portion 310 along the X axis, the Y axis, or the Z axis through the length adjustment.

연결부(330)는 이음단(331), 제1 유니버셜 조인트(332), 실린더(334), 실린더축(336)을 포함할 수 있다.The connection portion 330 may include a coupling portion 331, a first universal joint 332, a cylinder 334, and a cylinder shaft 336.

이음단(331)은 프레임(320)에 연결되어 고정되거나, 프레임(320)에 가이드되어 이동될 수 있다.The joint 331 may be fixedly connected to the frame 320 or may be guided by the frame 320. [

제1 유니버셜 조인트(332)는 상하좌우로 회전하면서 자유롭게 움직이는 이음새를 의미한다. 제1 유니버셜 조인트(332)의 일측에는 이음단(331)이 연결되고, 타측에는 실린더(334)가 연결될 수 있다.The first universal joint 332 refers to a joint that moves freely while rotating up, down, left, and right. A joint 331 may be connected to one side of the first universal joint 332 and a cylinder 334 may be connected to the other side of the first universal joint 332.

실린더(334)는 실린더축(336)과 결합하여 길이가 조절될 수 있다. 제어부(210)의 제어신호에 따라 특정 길이로 조절될 수 있다. 실린더(334)가 실린더축(336)을 감싸는 구조로서, 실린더축(336)이 실린더(334) 내부로 삽입되어 길이가 변할 수 있다.The cylinder 334 can be coupled with the cylinder shaft 336 and the length thereof can be adjusted. And may be adjusted to a specific length according to a control signal of the controller 210. [ The cylinder 334 is inserted into the cylinder 334 and the length thereof can be changed.

받침부(340)는 실린더축(336)과 연결되는 제2 유니버셜 조인트(342)와 제2 유니버셜 조인트(342)와 연결되는 고정단(344)을 포함할 수 있다. 받침부(340)는 자성을 띄는 마그네틱 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 금속 재질의 쉘 구조물(410)에 3차원 프린트 장치(1)를 고정시킬 수 있다.The receiving portion 340 may include a second universal joint 342 connected to the cylinder shaft 336 and a fixed end 344 connected to the second universal joint 342. The receiving portion 340 may be made of magnetic material having magnetism. Accordingly, the three-dimensional printing apparatus 1 can be fixed to the metal shell structure 410.

실린더축(336)의 일측은 실린더(334) 내부로 삽입될 수 있고, 실린더축(336)의 타측은 제2 유니버셜 조인트(342)와 연결될 수 있다.One side of the cylinder shaft 336 may be inserted into the cylinder 334 and the other side of the cylinder shaft 336 may be connected to the second universal joint 342.

제2 유니버셜 조인트(342)는 제1 유니버셜 조인트(332)와 실질적으로 동일하게 형성된다. 제2 유니버셜 조인트(342)는 실린더축(336)과 연결되어 상하좌우로 자유롭게 움직일 수 있고, 제2 유니버셜 조인트(342)는 고정단(344)의 일면에 고정될 수 있다.The second universal joint 342 is formed substantially the same as the first universal joint 332. The second universal joint 342 may be connected to the cylinder axis 336 to be freely movable up and down and left and right and the second universal joint 342 may be fixed to one surface of the fixed end 344. [

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the operation of the three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치(1)는 선박의 쉘 구조물(410)의 용접선(420)이 모이는 영역에 이용될 수 있다. 예를 들어, 3차원 프린트 장치는 세개의 지지부(350a, 350b, 350c)를 포함하고, 각 지지부(350a, 350b, 350c)의 고정단(344)은 철제로 된 쉘 구조물(410)의 용접선(420)이 모이는 비드 공간(430)의 상부에 자성을 이용하여 고정될 수 있다. 단, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 3, the three-dimensional printing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention can be used in an area where a weld line 420 of a shell structure 410 of a ship collects. For example, the three-dimensional printing device includes three supports 350a, 350b, and 350c, and the fixed ends 344 of the supports 350a, 350b, and 350c are connected to a weld line (not shown) of the steel shell 410 420 may be fixed to the upper part of the bead space 430 by using magnetism. However, the present invention is not limited thereto.

비드 공간(430)을 중심에 두고, 3차원 프린트 장치(1)가 설치되면, 센서부(110)는 선박의 쉘 구조물(410)의 용접선(420)이 모이는 영역의 비드 공간(430)의 3차원 공간 정보를 감지한다. 이어서, 제어부(210)는 센서부(110)로부터 3차원 공간 정보를 입력받아, 3차원 공간 정보를 이용하여 비드 공간(430)을 소결하기 위한 최종 형상을 모델링한다. 이어서, 제어부(210)는 모델링한 이미지 정보를 프린터가 인식할 수 있는 인쇄 이미지 정보로 변환한다. 이어서, 제어부(210)는 변환된 인쇄 이미지 정보를 이용하여 인쇄부(300)가 최종 형상을 구현하도록, 인쇄부(300)의 분사부(310)와 구동부(360)를 제어한다.When the three-dimensional printing apparatus 1 is installed with the bead space 430 at the center, the sensor unit 110 detects the position of the bead space 430 in the region where the weld line 420 of the shell structure 410 of the ship collects, Dimensional space information. The control unit 210 receives the three-dimensional spatial information from the sensor unit 110 and models the final shape for sintering the bead space 430 using the three-dimensional spatial information. Then, the control unit 210 converts the modeled image information into print image information that can be recognized by the printer. The control unit 210 controls the jetting unit 310 and the driving unit 360 of the printing unit 300 so that the printing unit 300 realizes the final shape using the converted printing image information.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치의 동작 후, 금속 비드가 형성된 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치의 동작 후, 금속 비드의 단면을 나타낸 도면이다.4 is a view for explaining a state in which a metal bead is formed after the operation of the three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention. 5 is a cross-sectional view of a metal bead after operation of the three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린트 장치(1)는 쉘 구조물(410)에서 둘 이상의 용접선(420)이 만나는 영역에 해당하는 비드 공간(430)에 금속 비드(440)를 형성할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 금속 분말을 이용한 금속 비드(440) 대신 세라믹 소재를 이용한 세라믹 비드(미도시)가 형성될 수 있다.4 and 5, a three-dimensional printing apparatus 1 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a shell structure 410, a plurality of metal wires 420, The bead 440 can be formed. However, the present invention is not limited thereto, and a ceramic bead (not shown) using a ceramic material may be formed instead of the metal bead 440 using the metal powder.

용접은 주변부의 용접재 및 모재의 항복응력 수준의 잔류응력을 필수 불가결하게 내재하게 된다. 용접부가 단순하면, 용접의 방향을 구조물 외부로 향하게 하던가 열처리 등으로 내재된 응력의 수준을 낮출 수 있다. 그러나, 여러 용접선(420)이 모인 부분은 그러한 후처리가 불가능하여, 안전상 위험한 영역에 해당할 수 있다. 다른 용접부와의 겹치는 경우, 양호한 비드 생성을 어렵게 만들어, 크랙 생성의 가능성을 높일 수 있다.Welding indispensably involves residual stresses in the weld material at the periphery and the yield stress level of the parent material. If the weld is simple, the direction of the weld can be directed to the outside of the structure or the level of stress inherent in the process can be reduced by heat treatment. However, the portion where the plurality of weld lines 420 are gathered can not be subjected to such post-treatment, and may correspond to a safety hazardous area. When overlapping with another welded portion, it is difficult to produce a good bead, and the possibility of crack generation can be increased.

3차원 프린트 장치(1)로 형성한 금속 비드(440) 또는 세라믹 비드(미도시)는 기존의 용접과 달리 용접면이 겹치지 않을 수 있다. 즉, 금속 비드(440)는 용접선(420)과 쉘 구조물(410)로부터 연장되어 연결되는 최종 형상으로 형성될 수 있다.The metal beads 440 or the ceramic beads (not shown) formed by the three-dimensional printing apparatus 1 may not overlap the welding surfaces unlike the conventional welding. That is, the metal beads 440 may be formed in a final shape that extends from the weld line 420 and the shell structure 410 and is connected thereto.

도 5를 참조하면, 쉘 구조물(410)의 비드 공간(430)에 형성된 금속 비드(440)는 제1 두께(d)를 가질 수 있고, 금속 비드(440)는 쉘 구조물(410)의 상면으로부터 제1 높이(h)만큼 두껍게 형성될 수 있다.5, the metal bead 440 formed in the bead space 430 of the shell structure 410 may have a first thickness d and the metal bead 440 may extend from the top surface of the shell structure 410 And may be formed as thick as the first height h.

3차원 프린트 장치(1)는 비드의 세밀한 모양까지 모두 만들어 낼 수 있으므로, 금속 비드(440)가 과하게 올라오도록 설계할 필요가 없다. 또한, 금속 비드(440)의 양단의 노치각(θ1, θ2)은 기존 용접에 비해 크게 완화될 수 있다. 따라서, 연결부(330)의 크랙 발생 확률은 매우 감소될 수 있다.Since the three-dimensional printing apparatus 1 can produce all the fine shapes of the bead, it is not necessary to design the metal bead 440 so as to overflow. Further, the notch angles? 1 and? 2 at both ends of the metal bead 440 can be largely relaxed as compared with the conventional welding. Therefore, the probability of cracking of the connection portion 330 can be greatly reduced.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

100 : 센서부 200 : 제어부
300 : 인쇄부 310 : 분사부
360 : 구동부 100: sensor unit 200:
300: printing unit 310: dispenser
360:

Claims (8)

복수의 용접선이 만나는 비드 공간의 3차원 공간 정보를 수집하는 센서부;
상기 3차원 공간 정보를 이용하여, 상기 비드 공간을 소결하기 위한 최종 형상을 모델링하는 제어부; 및
상기 최종 형상을 이용하여 상기 비드 공간에 비드를 형성하는 인쇄부를 포함하는 3차원 프린트 장치.A sensor unit for collecting three-dimensional spatial information of a bead space where a plurality of weld lines meet;
A control unit for modeling a final shape for sintering the bead space using the three-dimensional spatial information; And
And a printing unit that forms a bead in the bead space using the final shape. 제 1항에 있어서,
상기 인쇄부는 3차원 프린팅을 수행하는 분사부와, 상기 분사부의 위치를 조절하는 구동부를 포함하고,
상기 구동부는 길이 조절이 가능한 셋 이상의 지지부를 포함하고,
상기 지지부는 상기 제어부에 의해 제어되고, 길이 조절을 통해 상기 분사부를 X축, Y축 또는 Z축으로 이동시키는 3차원 프린트 장치.The method according to claim 1,
Wherein the printing unit includes a jetting unit for performing three-dimensional printing, and a driving unit for adjusting a position of the jetting unit,
Wherein the driving unit includes at least three support members capable of adjusting the length thereof,
Wherein the support portion is controlled by the control portion and moves the injection portion along the X axis, the Y axis, or the Z axis through the length adjustment. 제 2항에 있어서,
상기 지지부는 자성을 이용해 선박의 쉘 구조물 상에 고정되는 3차원 프린트 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the support is secured on the shell structure of the vessel using magnetism. 제 2항에 있어서,
상기 분사부는 금속 분말을 이용하여, 상기 비드 공간에 금속 비드를 3차원 프린팅하는 3차원 프린트 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the injector uses a metal powder to three-dimensionally print metal beads in the bead space. 단일 폐곡선 형태의 프레임;
상기 프레임에 고정되어 3차원 프린팅을 수행하는 분사부;
상기 분사부에 장착되는 센서부; 및
상기 프레임에 연결되고, 선박의 쉘 구조물에 지지되며, 길이 조정을 통해서 상기 프레임의 위치를 조정함으로써 상기 분사부의 위치를 조정하는 셋 이상의 지지부를 포함하는 3차원 프린트 장치.A frame in the form of a single closed curve;
A jetting unit fixed to the frame to perform three-dimensional printing;
A sensor unit mounted on the jetting unit; And
And three or more support portions connected to the frame and supported by the shell structure of the ship and adjusting the position of the injection portion by adjusting the position of the frame through length adjustment. 제 5항에 있어서,
상기 지지부는 길이 조정이 가능한 연결부와, 상기 쉘 구조물에 지지되기 위한 받침부를 포함하고,
상기 연결부는 상기 프레임에 연결되는 이음단과, 상기 이음단에 연결되는 제1 유니버셜 조인트와, 상기 제1 유니버셜 조인트에 연결되는 실린더와, 상기 실린더와 결합하여 길이가 조절되는 실린더축을 포함하고,
상기 받침부는 상기 실린더축과 연결되는 제2 유니버셜 조인트와 상기 제2 유니버셜 조인트와 연결되는 고정단을 포함하는 3차원 프린트 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the supporting portion includes a connecting portion capable of adjusting the length and a receiving portion for being supported by the shell structure,
Wherein the connecting portion includes a joint portion connected to the frame, a first universal joint connected to the joint portion, a cylinder connected to the first universal joint, and a cylinder shaft coupled to the cylinder and being length-
Wherein the bearing portion includes a second universal joint connected to the cylinder shaft and a fixed end connected to the second universal joint. 제 6항에 있어서,
상기 받침부는 자성을 띄는 3차원 프린트 장치.The method according to claim 6,
Wherein the bearing portion is magnetic. 제 5항에 있어서,
상기 센서부는 상기 분사부 상에 위치하고, 레이저 비전 센서(LVS)를 포함하는 3차원 프린트 장치. 6. The method of claim 5,
Wherein the sensor unit is located on the jetting unit and comprises a laser vision sensor (LVS).
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