KR20150113476A - Method and apparatus for printing a 3-dimensional shape - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method and an apparatus for printing a three-dimensional shape. The method for printing the three-dimensional shape of the present invention comprises the following steps: preparing powder containing at least one sorts of metal particles; producing a raw material plate in a board form by rolling the powder; supplying the raw material plate continuously to a printing chamber so as to be laminated; and sintering by selectively radiating electron beam or laser beam on the supplied raw material plate and then forming the three-dimensional shape.

Description

3차원 입체 형상을 프린팅하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PRINTING A 3-DIMENSIONAL SHAPE}METHOD AND APPARATUS FOR PRINTING A 3-DIMENSIONAL SHAPE BACKGROUND OF THE INVENTION [0001]

본 발명은 3차원 입체 형상을 프린팅하는 장치 및 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 소결 방식을 이용하여 3차원 입체 형상을 프린팅하는 방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for printing a three-dimensional solid shape, and more particularly, to a method and apparatus for printing a three-dimensional solid shape using a sintering method.

일반적으로, 3차원 입체 형상 프린터는 원재료를 분말 또는 시트 형태로 연속적으로 공급하면서 이 공급한 원재료에 높은 에너지를 갖는 광선을 선택적으로 조사하여 그 부분을 굳이는 방식으로 사용자에 의해서 설계된 3차원 입체 형상을 프린팅하고 있다.Generally, a three-dimensional three-dimensional printer is a three-dimensional three-dimensional printer in which a raw material is continuously supplied in the form of a powder or a sheet, while a raw material having high energy is selectively irradiated to the supplied raw material, Lt; / RTI >

이에, 상기 3차원 입체 형상 프린터는 상기 원재료와 이에 따른 광선의 종류에 따라 여러 가지로 구분될 수 있다. 대표적으로, 상기 3차원 입체 형성 프린터는 상기 원재료가 자외선 경화성 폴리머를 포함하고, 이에 상기 광선으로 상기 폴리머를 부분적으로 경화시킬 수 있는 자외선 빔을 사용하는 광경화 방식(stereolithography apparatus; SLA) 프린터와 상기 원재료가 금속 입자를 갖는 분말을 포함하고, 이에 상기 광선으로 상기 분말을 선택적으로 소결 방식으로 굳힐 수 있는 레이저 빔 또는 전자 빔을 사용하는 소결 방식(selective laser sintering; SLS 또는 direct metal laser sintering; DMLS) 프린터로 구분될 수 있다.Accordingly, the three-dimensional three-dimensional printer can be divided into various types according to the kind of the raw material and the type of light. Typically, the three-dimensional stereolithography printer includes a stereolithography apparatus (SLA) printer in which the raw material contains an ultraviolet ray-curable polymer and uses an ultraviolet beam capable of partially curing the polymer with the light ray, (SLS) or direct metal laser sintering (DMLS) using a laser beam or an electron beam capable of hardening the powder selectively with a sintering method, Printer.

이들 중 상기 광경화 방식 프린터는 상당히 정교하고 표면 품질이 우수하다는 장점이 있으나, 이를 구현하기 위한 장비가 매우 고가라서 이를 산업적으로 대중화하기에는 실질적으로 어려운 측면이 있다. 이와 반대로, 상기 소결 방식 프린터는 공극률 뿐만 아니라 프린팅하는 속도도 상당히 빠르고 이를 구현하기 위한 장비도 상기 광경화 방식 프린터에 비해 상당히 저렴하므로, 향후 기대되는 방식으로 각광을 받고 있다.Among these, the photocurable printer has an advantage that it is quite sophisticated and has excellent surface quality, but the equipment for realizing it is very expensive, so that it is practically difficult to popularize the printer industrially. On the contrary, the sintering type printer has a considerably quicker printing speed as well as a porosity, and the equipment for realizing the sintering type printer is considerably cheaper than the photo-curing type printer.

하지만, 상기와 같은 각광을 받는 소결 방식 프린터는 원재료인 분말이 원활한 공급을 위한 흐름성 때문에 균일한 입도와 진구 형상을 갖는 것이 필수적임에 따라, 이 분말을 제조하는 공정 자체가 고비용이면서 생산 수율도 낮아 이로부터 프린팅된 부품의 제조 원가를 증가시키고 있다. 이에 따라, 상기 소결 방식 프린터는 상기의 증가된 제조 원가를 감안할 수 있는 부품에 한정되고 있는 것이 현실이다.However, since the sintering type printer that receives the above-mentioned light is required to have a uniform particle size and sphere shape due to the flow property for smooth supply of the raw material, the process for manufacturing the powder itself is expensive, Which increases the manufacturing cost of the printed parts. Accordingly, the sintering type printer is limited to the parts that can take the above-mentioned increased manufacturing cost into consideration.

(특허 문헌1)미국 특허공개 제2006-0118990호(공개일; 2006.06.08, Process for the production of a rapid prototyping model, a green compact, a ceramic body, a model with a metallic coating and a metallic component, and use of a 3Dprinter)(Patent Document 1) U.S. Patent Publication No. 2006-0118990 (published on June, 2006, Process for the production of a rapid prototyping model, a green compact, a ceramic body, a model with a metallic coating and a metallic component, and use a 3Dprinter)

본 발명의 목적은 다양한 형상의 금속 입자를 포함하는 분말을 사용하여 3차원 입체 형상을 프린팅할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method of printing a three-dimensional solid shape using a powder containing metal particles of various shapes.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 방법이 적용된 3차원 입체 형상 프린팅 장치에 관한 것이다.Another object of the present invention is a three-dimensional three-dimensional printing apparatus to which the above-described method is applied.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 3차원 입체 형상을 프린팅하는 방법은 금속 입자를 포함하는 분말을 준비하는 단계, 상기 분말을 판 형상으로 압연하여 원료판을 형성하는 단계, 상기 원료판을 프린팅 챔버에 연속적으로 적층되도록 공급하는 단계 및 상기 공급되는 원료판에 선택적으로 레이저 빔 또는 전자 빔을 조사하여 소결시킴으로써 상기 3차원 입체 형상을 형성하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of printing a three-dimensional solid shape, comprising: preparing a powder containing metal particles; rolling the powder into a plate shape to form a raw plate; And forming the three-dimensional solid shape by sintering the raw material plate by selectively irradiating a laser beam or an electron beam to the raw material plate so as to continuously laminate the raw material plate to the printing chamber.

일 실시예에 따른 상기 원료판을 형성하는 단계에서는 상기 원료판이 10 내지 40%의 공극률을 갖도록 압연할 수 있다.In the step of forming the raw plate according to one embodiment, the raw plate may be rolled to have a porosity of 10 to 40%.

일 실시예에 따른 상기 원료판을 공급하는 단계에서는 상기 원료판의 길이를 조절하면서 공급할 수 있다.In the step of feeding the raw plate according to one embodiment, the length of the raw plate may be adjusted while being supplied.

상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 3차원 입체 형상 프린팅 장치는 분말 저장부, 분말 압연부, 프린팅 챔버, 원료 공급부 및 빔 조사부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional three-dimensional printing apparatus including a powder storing unit, a powder rolling unit, a printing chamber, a raw material supplying unit, and a beam irradiating unit.

상기 분말 저장부는 금속 입자를 포함하는 분말이 채워지며, 상기 분말이 배출되는 배출구를 갖는다. 상기 분말 압연부는 상기 배출구에 설치되며, 원료판을 형성하기 위하여 상기 분말을 판 형상으로 압연한다. 상기 프린팅 챔버는 상기 분말 저장부와 인접하게 설치되어, 프린팅 공간을 제공한다. 상기 원료 공급부는 상기 분말 압연부와 상기 프린팅 챔버 사이에서 상기 원료판을 상기 프린팅 챔버에 공급한다. 상기 빔 조사부는 상기 프린팅 챔버에 설치되며, 상기 프린팅 챔버에 공급된 원료판에 선택적으로 레이저 빔 또는 전자 빔을 조사한다. The powder reservoir is filled with a powder containing metal particles and has an outlet through which the powder is discharged. The powder rolling section is installed at the discharge port, and the powder is rolled into a plate shape to form a raw material plate. The printing chamber is installed adjacent to the powder reservoir to provide a printing space. The raw material supply unit supplies the raw material plate to the printing chamber between the powder rolling unit and the printing chamber. The beam irradiating unit is installed in the printing chamber, and selectively irradiates a laser beam or an electron beam to the raw plate supplied to the printing chamber.

일 실시예에 따른 상기 분말 압연부는 상기 원료판이 10 내지 40%의 공극률을 가지면서 압연되도록 그 사이 간격이 조정된 제1 및 제2 압연 롤러들을 포함할 수 있다.The powder rolling part according to an embodiment may include first and second rolling rollers whose interval is adjusted so that the raw material plate is rolled with a porosity of 10 to 40%.

일 실시예에 따른 상기 프린팅 장치는 상기 분말 압연부 및 상기 원료 공급부 사이에 설치되어 상기 원료판의 길이를 조절하는 길이 조절부를 더 포함할 수 있다.The printing apparatus may further include a length adjusting unit installed between the powder rolling unit and the raw material supplying unit to adjust the length of the raw material plate.

이러한 3차원 입체 형상을 프린팅하는 방법 및 장치에 따르면, 프린팅 챔버의 내부에 금속 입자를 포함하는 분말을 판 형상으로 압연한 원료판을 연속적으로 적층되도록 공급하면서 레이저 빔 또는 전자 빔을 조사함으로써, 상기 분말의 입도 및 형상에 제한 없이 상기 3차원 입체 형상을 프린팅할 수 있다.According to the method and apparatus for printing a three-dimensional solid shape, by irradiating a laser beam or an electron beam while supplying a raw material plate rolled into a plate shape into a printing chamber while continuously stacking powder containing metal particles in a printing chamber, The three-dimensional solid shape can be printed without limitation on the particle size and shape of the powder.

따라서, 상기 분말을 균일한 입도와 진구 형상을 갖도록 제조할 필요가 없기 때문에, 이에 따른 공정 비용을 절감할 수 있다. 즉, 이로부터 프린팅된 부품의 제조 원가를 절감시킴으로써, 이를 활용하여 프린할 수 있는 부품의 분야를 광범위하게 확대시킬 수 있다. Therefore, since it is not necessary to produce the powder with uniform particle size and sphericity, the process cost can be reduced accordingly. That is, by reducing the manufacturing cost of the printed parts, it is possible to broaden the field of parts that can be printed using the parts.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 입체 형상을 프린팅하는 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 프린팅 장치를 이용하여 3차원 입체 형상을 프린팅하는 방법을 순서적으로 나타낸 도면이다.
1 is a schematic view of an apparatus for printing a three-dimensional solid shape according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram sequentially illustrating a method of printing a three-dimensional solid shape using the printing apparatus shown in FIG. 1. FIG.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 3차원 입체 형상을 프린팅하는 방법 및 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.Hereinafter, a method and apparatus for printing a three-dimensional solid shape according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention in order to clarify the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 입체 형상을 프린팅하는 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a schematic view of an apparatus for printing a three-dimensional solid shape according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 입체 형상 프린팅 장치(1000)는 분말 저장부(100), 분말 압연부(200), 프린팅 챔버(300), 원료 공급부(400) 및 빔 조사부(500)를 포함한다.1, a three-dimensional three-dimensional printing apparatus 1000 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a powder storage unit 100, a powder rolling unit 200, a printing chamber 300, a raw material supply unit 400, And a beam irradiating unit 500.

상기 분말 저장부(100)에는 금속 입자를 포함하는 분말(10)이 채워진다. 예를 들어, 상기 분말(10)은 적어도 단독 금속 입자 또는 적어도 2종 이상의 금속 입자만으로 구성될 수 있다. 이와 달리, 상기 분말(10)은 상기 금속 입자의 코어(core)에 폴리머 바인더가 쉘(shell) 형태로 감싼 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 금속 입자는 일 예로, 반응성이 우수한 티타늄(titanium)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 폴리머 바인더는 일 예로, 나일론(nylon) 또는 폴리스틸렌(polystyrene)을 포함할 수 있다.The powder storage part (100) is filled with powder (10) containing metal particles. For example, the powder 10 may be composed of at least single metal particles or at least two or more metal particles. Alternatively, the powder 10 may have a structure in which a polymer binder is wrapped in a shell in the core of the metal particles. At this time, the metal particles may include, for example, titanium having excellent reactivity. In addition, the polymer binder may include, for example, nylon or polystyrene.

상기 분말 저장부(100)는 하부로 갈수록 좁아지는 쐐기 형상을 갖는 통상적인 호퍼(hopper)와 유사한 구조를 가질 수 있다. 이에, 상기 분말 저장부(100)는 상기 분말(10)을 중력을 통해 쉽게 외부로 배출되도록 그 하단부에 배출구(110)를 가질 수 있다.The powder reservoir 100 may have a structure similar to a conventional hopper having a wedge shape that becomes narrower toward the bottom. The powder storage part 100 may have a discharge port 110 at a lower end thereof so that the powder 10 can be easily discharged to the outside through gravity.

상기 분말 압연부(200)는 상기 분말 저장부(100)의 배출구(110)에 설치된다. 상기 분말 압연부(200)는 상기 배출구(110)로부터 배출되는 분말(10)을 판 형상으로 압연하여 원료판(20)을 형성한다. 이러한 분말 압연부(200)는 상기 배출되는 분말(10)이 그 사이를 통과하면서 자연스럽게 압연되도록 두 개의 제1 및 제2 압연 롤러(210, 220)들이 서로 마주하는 구조를 가질 수 있다. 이에, 상기 제1 및 제2 압연 롤러(210, 220)들에 의해서 형성된 원료판(20)은 상기 제1 및 제2 압연 롤러(210, 220)들의 사이 간격과 회전 속도를 조정함에 따라 그 공극률과 두께 및 평탄도를 위한 표면조도도 조절될 수 있다.The powder rolling unit 200 is installed at a discharge port 110 of the powder storage unit 100. The powder rolling unit 200 forms a raw material plate 20 by rolling the powder 10 discharged from the discharge port 110 into a plate shape. The powder rolling unit 200 may have a structure in which the first and second rolling rollers 210 and 220 face each other such that the discharged powder 10 is smoothly rolled while passing through the powder. The material plate 20 formed by the first and second rolling rollers 210 and 220 adjusts the gap and rotation speed between the first and second rolling rollers 210 and 220 so that the porosity And the surface roughness for thickness and flatness can be adjusted.

이에, 상기 제1 및 제2 압연 롤러(210, 220)들의 사이 간격을 상기 원료판(20)의 공극률이 약 10% 미만이 되도록 조정할 경우에는 그 경도가 너무 높아 상기 원료판(20)에 균열이나 깨짐이 발생할 수 있고 이후의 3차원 입체 형상을 형성이 잘 이루어지지 않을 뿐 아니라 재활용도 어려우므로 바람직하지 않고, 상기 원료판(20)의 공극률이 약 40%를 초과되도록 조정할 경우에는 상기 원료판(20)의 형태가 이후의 공정에서 그대로 유지되기 어려울 뿐 아니라 이후의 3차원 입체 형상을 형성하기 위하여 소결할 때 수축이 많이 발생하여 바람직하지 않다. 따라서, 상기 제1 및 제2 압연 롤러(210, 220)들의 사이 간격은 상기 원료판(20)의 공극률이 약 10 내지 40%를 갖도록 조정하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 제1 및 제2 압연 롤러(210, 220)들의 사이 간격은 상기 원료판(20)의 공극률이 약 20 내지 30%를 갖도록 조정하는 것이 더 바람직하다.If the gap between the first and second rolling rollers 210 and 220 is adjusted to be less than about 10% of the porosity of the raw material plate 20, the hardness is too high, Dimensional shape can not be easily formed and recycled is difficult. If the porosity of the raw material plate 20 is adjusted to exceed about 40%, the raw material plate It is difficult to maintain the shape of the substrate 20 in the subsequent process, and the shrinkage occurs when sintering to form a three-dimensional solid shape. Therefore, it is preferable that the gap between the first and second rolling rollers 210 and 220 is adjusted to have a porosity of about 10 to 40% of the raw plate 20. The gap between the first and second rolling rollers 210 and 220 is preferably adjusted to have a porosity of about 20 to 30%.

상기 프린팅 챔버(300)는 상기 분말 저장부(100)와 인접하게 설치된다. 상기 프린팅 챔버(300)는 상기 원료판(20)으로부터 3차원 입체 형상을 형성하기 위한 프린팅 공간을 제공한다. 이에, 상기 프린팅 챔버(300)에는 상기 3차원 입체 형상이 형성되는 스테이지(310)와 상기 스테이지(310)가 상하 방향으로 이동되도록 상기 스테이지(310)의 하부에서 외부의 구동 장치(미도시)와 연결된 이동축(320)이 설치될 수 있다.The printing chamber 300 is installed adjacent to the powder storing unit 100. The printing chamber 300 provides a printing space for forming a three-dimensional solid shape from the raw material plate 20. The printing chamber 300 is provided with a stage 310 on which the three-dimensional solid shape is formed and an external driving device (not shown) on the bottom of the stage 310 to move the stage 310 in the vertical direction A connected moving shaft 320 may be installed.

상기 원료 공급부(400)는 상기 분말 압연부(200)와 상기 프린팅 챔버(300) 사이에 설치되어 상기 원료판(20)을 상기 프린팅 챔버(300)에 공급한다. 이에, 상기 원료 공급부(400)는 상기 원료판(20)을 그 양면에서 회전하면서 상기 프린팅 챔버(300)에 공급하는 두 개의 제1 및 제2 공급 롤러(410, 420)들을 포함할 수 있다. 이때, 상기 원료 공급부(400)는 상기 원료판(20)을 보다 안정하게 지지하면서 공급하기 위하여 상기 원료판(20)이 공급되는 방향을 따라 상기 제1 및 제2 공급 롤러(410, 420)들이 다수 설치될 수 있다.The raw material supplying unit 400 is installed between the powder rolling unit 200 and the printing chamber 300 and supplies the raw material plate 20 to the printing chamber 300. The raw material supply unit 400 may include two first and second supply rollers 410 and 420 for supplying the raw material plate 20 to the printing chamber 300 while rotating the raw material plate 20 on both sides thereof. The first and second feed rollers 410 and 420 are disposed along the feeding direction of the raw material plate 20 in order to feed the raw material plate 20 more stably while supporting the raw material plate 20. [ Can be installed.

한편, 상기 프린팅 장치(1000)는 상기 분말 압연부(200) 및 상기 원료 공급부(400) 사이에 설치되어 상기 공급되는 원료판(20)의 길이를 조절하는 길이 조절부(600)를 더 포함할 수 있다. 이에, 상기 길이 조절부(600)는 상기 분말 압연부(200)로부터 압연된 원료판(20)을 그 상부면 및 하부면에서 두 개의 제1 및 제2 나이프(610, 620)들 접촉하여 컷팅함으로써 상기 원료판(20)의 길이를 조절할 수 있다.The printing apparatus 1000 further includes a length adjusting unit 600 installed between the powder rolling unit 200 and the raw material supplying unit 400 to adjust the length of the raw material plate 20 to be supplied . The length adjuster 600 cuts the first and second knives 610 and 620 on the upper and lower surfaces of the raw plate 20 rolled from the powder rolling unit 200, The length of the raw material plate 20 can be adjusted.

상기 빔 조사부(500)는 상기 프린팅 챔버(300)에 설치된다. 상기 빔 조사부(500)는 상기 원료 공급부(400)로부터 공급되는 원료판(20)에 선택적으로 레이저 빔 또는 전자 빔(30)과 같은 높은 에너지, 예컨대 약 30 내지 1000W의 에너지를 갖는 광선을 조사한다. 이를 위하여, 상기 빔 조사부(500)는 상기 레이저 빔 또는 전자 빔(30)을 발생시키는 빔 발생부(510) 및 사기 빔 발생부(510)로부터 상기 레이저 빔 또는 전자 빔(30)을 전달 받아 스캔 형태로 상기 원료판(20)에 조사하는 스캔 조사부(520)를 포함할 수 있다. 이러면, 상기 원료판(20)은 상기 레이저 빔 또는 전자 빔(30)이 조사되는 부분이 다른 부분과 달리 단단하게 굳어지면서 3차원 입체 형상을 형성할 수 있다.The beam irradiating unit 500 is installed in the printing chamber 300. The beam irradiating part 500 irradiates the raw plate 20 supplied from the raw material supplying part 400 with a beam having a high energy such as a laser beam or an electron beam 30 such as an energy of about 30 to 1000 W . The beam irradiating unit 500 receives the laser beam or the electron beam 30 from the beam generating unit 510 and the scribe beam generating unit 510 for generating the laser beam or the electron beam 30, And a scan irradiation unit 520 for irradiating the raw material plate 20 in the form of a pattern. In this case, the portion of the raw plate 20 to which the laser beam or the electron beam 30 is irradiated is hardened to form a three-dimensional solid shape, unlike the other portions.

이에, 상기의 프린팅 장치(1000)를 이용하여 상기 3차원 입체 형상을 형성하는 방법에 대해서 도 2를 추가적으로 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, a method of forming the three-dimensional solid shape using the printing apparatus 1000 will be described in further detail with reference to FIG.

도 2는 도 1에 도시된 프린팅 장치를 이용하여 3차원 입체 형상을 프린팅하는 방법을 순서적으로 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a method of printing a three-dimensional solid shape using the printing apparatus shown in FIG. 1 in order.

도 2를 추가적으로 참조하면, 우선 상기 3차원 입체 형상을 형성하기 위하여 금속 입자를 포함하는 분말(10)을 분말 저장부(100)에 채워서 준비한다(S100). 여기서, 상기 금속 입자는 반응성이 우수한 티타늄(titanium)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, first, the powder storage part 100 is filled with a powder 10 containing metal particles to form the three-dimensional solid shape (S100). Here, the metal particles may include titanium, which is excellent in reactivity.

이어서, 상기 분말 저장부(100)의 배출구(110)로부터 배출되는 분말(10)을 상기 분말 압연부(200)의 제1 및 제2 압연 롤러(210, 220)들을 통해 압연하여 상기 원료판(20)을 형성한다(S200). 이때, 상기 원료판(20)은 상기의 분말 압연부(200)의 설명에서와 같이 약 10 내지 40%, 바람직하게는 약 20 내지 30%의 공극률을 갖도록 압연될 수 있다. The powder 10 discharged from the discharge port 110 of the powder storage part 100 is rolled through the first and second rolling rollers 210 and 220 of the powder rolling part 200, 20) (S200). At this time, the raw plate 20 may be rolled so as to have a porosity of about 10 to 40%, preferably about 20 to 30%, as described in the powder rolling section 200 described above.

이어서, 상기 원료판(20)을 상기 원료 공급부(400)를 통해서 상기 프린팅 챔버(300)의 내부에 연속적으로 적층되도록 공급한다(S300). 이때, 상기 원료판(20)은 상기 분말 압연부(200)에 의해서 두께 및 표면조도도 같이 조절되면서 공급된다.Then, the raw material plate 20 is continuously supplied to the interior of the printing chamber 300 through the raw material supply unit 400 (S300). At this time, the raw material plate 20 is supplied while being adjusted in thickness and surface roughness by the powder rolling unit 200.

이어서, 상기 공급되는 원료판(20)에 선택적으로 상기 레이저 빔 또는 전자 빔(30)을 상기 빔 조사부(500)를 통해 조사하여 3차원 입체 형상을 형성한다(S400). 구체적으로, 상기 프린팅 챔버(300)에 원료판(20)이 적층될 때마다 사용자의 의해서 설계된 형상에 따라 상기 레이저 빔 또는 전자 빔(30)을 반복적으로 조사한다. 이렇게, 상기 레이저 빔 또는 전자 빔(30)을 상기 적층된 원료판(20)들에 모두 반복적으로 조사하면 상기 원료판(20)들의 조사된 부분에서만 상기 분말(10)의 금속 입자가 용융되거나 원자확산에 의해 금속 입자끼리 서로 떨어지지 않도록 결합하여 일정 형상을 유지한다. 이때, 상기 프린팅 챔버(300)의 내부는 상기 일정 형상이 유지된 부분에 불순물이 포함되지 않도록 진공 분위기 또는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스 분위기로 유지될 수 있다. 이후, 상기 조사된 원료판(20)들을 흔들어서 상기 레이저 빔 또는 전자 빔(30)에 의해 그 형상이 유지된 부분만 남도록 한다. 이후, 상기 남겨진 형상을 열처리하여 강도를 강화시킨다.Then, the laser beam or the electron beam 30 is selectively irradiated to the raw material plate 20 through the beam irradiating unit 500 to form a three-dimensional solid shape (S400). Specifically, the laser beam or the electron beam 30 is repeatedly irradiated according to a shape designed by the user whenever the raw plate 20 is stacked in the printing chamber 300. When the laser beam or the electron beam 30 is repeatedly irradiated to the laminated raw plate 20, the metal particles of the powder 10 melt only at the irradiated portion of the raw plate 20, So that the metal particles are prevented from falling apart from each other by diffusion, thereby maintaining a constant shape. At this time, the interior of the printing chamber 300 may be maintained in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere such as argon (Ar) so that impurities are not contained in the portion where the predetermined shape is maintained. Thereafter, the irradiated raw material plates 20 are shaken so that only the portion where the shape is maintained is left by the laser beam or electron beam 30. Thereafter, the remaining shape is heat treated to strengthen the strength.

이와 같이, 상기 프린팅 챔버(300)의 내부에 금속 입자를 포함하는 상기 분말(10)을 판 형상으로 압연한 상기 원료판(20)을 연속적으로 적층되도록 공급하면서 상기 레이저 빔 또는 전자 빔(30)을 조사함으로써, 상기 분말(10)의 입도 및 형상에 제한 없이 상기 3차원 입체 형상을 프린팅할 수 있다.The laser beam or the electron beam 30 is supplied while continuously supplying the raw material plate 20 rolled into a plate shape into the printing chamber 300 so that the powder 10 containing metal particles is continuously laminated. It is possible to print the three-dimensional solid shape without limitation on the particle size and shape of the powder 10.

따라서, 상기 분말(10)을 균일한 입도와 진구 형상을 갖도록 제조할 필요가 없기 때문에, 이에 따른 공정 비용을 절감할 수 있다. 예를 들어, 배경기술에서와 같이 상기 분말(10)이 균일한 입도와 진구 형상을 갖도록 하기 위한 공정을 수행할 때보다 약 50% 미만으로 수준으로 그 공정 비용을 절감할 수 있다. 즉, 이로부터 프린팅된 부품의 제조 원가를 절감시킴으로써, 이를 활용하여 프린할 수 있는 부품의 분야를 광범위하게 확대시킬 수 있다. Therefore, it is not necessary to manufacture the powder 10 so as to have a uniform particle size and a sphericity shape, so that the process cost can be reduced. For example, as in the background art, the process cost can be reduced to less than about 50% compared to performing a process to make the powder 10 have uniform particle size and sphericity. That is, by reducing the manufacturing cost of the printed parts, it is possible to broaden the field of parts that can be printed using the parts.

또한, 상기의 공정 중 상기 적층된 원료판(20)들 중 상기 레이저 빔 또는 전자 빔(30)이 조사되지 않는 부분은 그 성형 밀도가 높지 않아 재활용이 가능하므로, 이에 따른 비용 절감 효과도 추가적으로 기대할 수 있다. In addition, among the above-described processes, the portion of the raw material plates 20 not irradiated with the laser beam or the electron beam 30 is not high in the molding density and can be recycled. .

뿐만 아니라, 본 발명은 상기 분말(10)을 그대로 공급하는 것이 아니라, 압연한 상태인 상기 원료판(20)으로 상기 프린팅 챔버(300)에 공급함으로써, 상기 3차원 입체 형상을 형성하는 조형 속도를 증가시킬 수 있기 때문에 이에 따른 생산성도 향상시킬 수 있다. In addition, the present invention is not limited to supplying the powder 10 as it is, but may be applied to the printing chamber 300 by the raw material plate 20 in a rolled state, so that the molding speed for forming the three- The productivity can be improved.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10 : 분말 20 : 원료판
30 : 레이저 빔 또는 전자 빔 100 : 분말 저장부
110 : 배출구 200 : 분말 압연부
210 : 제1 압연 롤러 220 : 제2 압연 롤러
300 : 프린팅 챔버 310 : 스테이지
320 : 이동축 400 : 원료 공급부
410 : 제2 공급 롤러 420 : 제2 공급 롤러
500 : 빔 조사부 510 : 빔 발생부
520 : 스캔 조사부 600 : 길이 조절부
610 : 제1 나이프 620 : 제2 나이프
1000 : 3차원 입체 형상 프린팅 장치
10: Powder 20: Raw plate
30: laser beam or electron beam 100: powder storage part
110: outlet 200: powder rolling section
210: first rolling roller 220: second rolling roller
300: printing chamber 310: stage
320: Moving axis 400: Feedstock
410: second supply roller 420: second supply roller
500: beam irradiator 510: beam generator
520: scan inspection unit 600:
610: first knife 620: second knife
1000: Three-dimensional solid shape printing device

Claims (6)

금속 입자를 포함하는 분말을 준비하는 단계;
상기 분말을 판 형상으로 압연하여 원료판을 형성하는 단계;
상기 원료판을 프린팅 챔버에 연속적으로 적층되도록 공급하는 단계; 및
상기 공급되는 원료판에 선택적으로 레이저 빔 또는 전자 빔을 조사하여 소결시킴으로써 상기 3차원 입체 형상을 형성하는 단계를 포함하는 3차원 입체 형상을 프린팅하는 방법.
Preparing a powder comprising metal particles;
Rolling the powder into a plate shape to form a raw plate;
Feeding the raw-material plate to be continuously laminated in a printing chamber; And
And forming the three-dimensional solid shape by irradiating a laser beam or an electron beam selectively onto the raw material sheet to be sintered to form a three-dimensional solid shape.
제1항에 있어서, 상기 원료판을 형성하는 단계에서는 상기 원료판이 10 내지 40%의 공극률을 갖도록 압연하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 형상을 프린팅하는 방법.The method according to claim 1, wherein in the step of forming the raw material plate, the raw material plate is rolled so as to have a porosity of 10 to 40%. 제1항에 있어서, 상기 원료판을 공급하는 단계에서는 상기 원료판의 길이를 조절하면서 공급하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 형상을 프린팅하는 방법.The method according to claim 1, wherein, in the step of supplying the raw material plate, the length of the raw material plate is adjusted while being supplied. 금속 입자를 포함하는 분말이 채워지며, 상기 분말이 배출되는 배출구를 갖는 분말 저장부;
상기 배출구에 설치되며, 원료판을 형성하기 위하여 상기 분말을 판 형상으로 압연하는 분말 압연부;
상기 분말 저장부와 인접하게 설치되어, 프린팅 공간을 제공하는 프린팅 챔버;
상기 분말 압연부와 상기 프린팅 챔버 사이에서 상기 원료판을 상기 프린팅 챔버에 공급하는 원료 공급부; 및
상기 프린팅 챔버에 설치되며, 상기 프린팅 챔버에 공급된 원료판에 선택적으로 레이저 빔 또는 전자 빔을 조사하는 빔 조사부를 포함하는 3차원 입체 형상 프린팅 장치.
A powder storage portion filled with a powder containing metal particles and having an outlet through which the powder is discharged;
A powder rolling part installed at the discharge port and rolling the powder into a plate shape to form a raw material plate;
A printing chamber disposed adjacent to the powder reservoir and providing a printing space;
A raw material supply unit for supplying the raw material plate to the printing chamber between the powder rolling unit and the printing chamber; And
And a beam irradiation unit installed in the printing chamber and selectively irradiating a laser beam or an electron beam to the raw material plate supplied to the printing chamber.
제4항에 있어서, 상기 분말 압연부는 상기 원료판이 10 내지 40%의 공극률을 가지면서 압연되도록 그 사이 간격이 조정된 제1 및 제2 압연 롤러들을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 형상 프린팅 장치.5. The three-dimensional shape printing apparatus according to claim 4, wherein the powder rolling section includes first and second rolling rollers whose intervals are adjusted so that the raw material plate has a porosity of 10 to 40% . 제4항에 있어서, 상기 분말 압연부 및 상기 원료 공급부 사이에 설치되어 상기 원료판의 길이를 조절하는 길이 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 형상 프린팅 장치.5. The apparatus according to claim 4, further comprising a length adjuster disposed between the powder rolling unit and the raw material supply unit to adjust a length of the raw material plate.
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