KR20170014323A

KR20170014323A - 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치

Info

Publication number: KR20170014323A
Application number: KR1020150107447A
Authority: KR
Inventors: 강성민; 신기수
Original assignee: 주식회사 대건테크
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2017-02-08

Abstract

본 발명은 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치에 관한 것으로, 레이저에 의해 파우더가 조형물로 소결되는 빌드챔버의 아래쪽에 구비되는 흡입챔버, 상기 빌드챔버에서 소결된 조형물과 잔여 파우더를 상기 흡입챔버로 이동시키는 승강기구, 상기 흡입챔버 내부에서 조형물에 묻은 파우더를 탈거시키는 블로잉기구, 상기 흡입챔버 내부의 파우더를 흡입하여 포집하는 흡입기구를 포함하여, 소결공정 후 조형물 주위의 잔여 파우더를 용이하고 보다 신속하게 분리 제거할 수 있게 된다.

Description

레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치{ A device for removing residual powder of Selective Laser Sintering typed 3D printer }

본 발명은 레이저 소결식 3차원 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 소결식 3차원 프린터에서 조형물 이외의 파우더를 제거하는 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치에 관한 것이다.

일반적으로, 3차원 프린팅 기술은 3차원 입체 도면을 기반으로 3차원 공간 안에 인쇄하듯 물품을 만들어내는 제조기술이다. 지만 그간 프린터나 소재가 너무 비싸 극히 제한된 용도에만 사용됐다. 개발 초기에는 플라스틱 소재에 국한되고 제한된 용도로 사용되었지만 나일론과 금속 등으로 범위가 확대되고 휴대전화 케이스, 자동차 부속품까지 출력할 수 있는 정도로 전 산업분야에 응용되고 있는 추세이다.

3차원 프린팅 방식에는 광경화성 수지에 레이저 광선을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(Stereo Lithographic Apparatus)와, SLA에서의 광경화성 수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속 분말을 사용하며 레이저 광선을 주사하여 소결성형하는 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.

파우더를 기반으로 하는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식의 3차원 프린터는, 플랫폼 위로 미세 분말을 공급하는 피딩수단, 플랫폼 위의 파우더를 가열하여 소결(Sintering)하는 조형물을 만드는 레이저기구, 조형물을 승하강시키는 승강수단, 조형물 이외의 잔여 파우더를 제거하는 파우더 제거수단 및 수집수단을 구비하고 있다.

이러한 파우더 기반의 레이저 소결방식 3차원 프린터는 조형물이 완성되면 조형물 주위의 잔여 파우더를 제거하고 조형물을 취출해야 하는데, 조형물만을 잡아 취출하더라도 조형물의 형상이나 파우더의 소재 등 다양한 가공조건에 따라 조형물에 다량의 파우더가 견고하게 달라붙어 있을 수 있고, 이 경우에도 프린터 내부에서 파우더를 분리 제거하는 것이 바람직하다.

조형물에 잔여 파우더가 다량 묻은 상태로 조형물을 취출하게 되면 잔여 파우더를 다시 제거해야 하는 번거로움이 있고 잔여 파우더의 활용이 어렵게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 소결공정 후 조형물 주위의 잔여 파우더를 용이하고 보다 신속하게 분리 제거할 수 있는 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치는, 레이저에 의해 파우더가 조형물로 소결되는 빌드챔버의 아래쪽에 구비되는 흡입챔버, 상기 빌드챔버에서 소결된 조형물과 잔여 파우더를 상기 흡입챔버로 이동시키는 승강기구, 상기 흡입챔버 내부에서 조형물에 묻은 파우더를 탈거시키는 블로잉기구, 상기 흡입챔버 내부의 파우더를 흡입하여 포집하는 흡입기구, 상기 블로잉기구와 흡입기구의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치에 있어서, 상기 블로잉기구는, 상기 흡입챔버의 내측벽에 구비되고 상기 흡입챔버 내부의 공기를 유동시키는 송풍팬을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치에 있어서, 상기 블로잉기구는, 상기 흡입챔버 내측벽에 구비되고 상기 조형물로 고압유체를 토출시키는 분사노즐, 및 상기 분사노즐로 고압유체를 공급하는 압축유체 공급원을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치에 있어서, 상기 분사노즐은 상기 흡입챔버의 내측벽에 각도조절가능하게 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치에 있어서, 상기 흡입기구는 상기 흡입챔버와 연통되어 구비되는 흡입덕트, 및 상기 흡입덕트를 통해 상기 흡입챔버 내부에 부압을 형성하는 흡입펌프를 포함하는 것도 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치에 의하면, 소결공정 후 조형물 주위의 잔여 파우더를 용이하고 보다 신속하게 분리 제거하여 생산성을 높일 수 있고 소재를 절약할 수 있으며 작업환경을 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치를 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치를 나타낸 개념도,
도 3 내지 도 5는 도 1에 도시된 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치의 작동상태를 나타낸 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치는, 레이저기구(4)에 의해 파우더(P)가 조형물(W)로 소결되는 빌드챔버(1)의 아래쪽에 구비되는 흡입챔버(10), 상기 빌드챔버(1)에서 소결된 조형물(W)과 잔여 파우더(P)를 상기 흡입챔버(10)로 이동시키는 승강기구(20), 상기 흡입챔버(10) 내부에서 조형물(W)에 묻은 파우더(P)를 탈거시키는 블로잉기구, 상기 흡입챔버(10) 내부의 파우더(P)를 흡입하여 포집하는 흡입기구, 상기 블로잉기구와 흡입기구의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 흡입챔버(10)는 빌드챔버(1)의 아래쪽에 구비되되, 상기 승강기구(20)가 이동하는 경로상에 빌드챔버(1)보다 넓은 폭으로 형성되어 있다. 상기 빌드챔버(1)는 조형물(W)이 만들어지는 공간으로, 도 3에 도시된 바와 같이 플랫폼(5)과 빌드챔버(1)로 이루어지는 공간에서 파우더(P)의 일부가 레이저기구(4)에 의해 조형물(W)로 소결되므로 빌드챔버(1)는 플랫폼(5)의 폭과 동일하게 형성된다. 한편, 상기 흡입챔버(10)의 내측벽에는 블로잉기구가 구비될 뿐만 아니라 흡입챔버(10)에서 플랫폼(5) 위의 잔여 파우더(P)가 탈거되므로 흡입챔버(10)가 빌드챔버(1)보다 크게 형성되어야 한다.

도 1에 도시된 블로잉기구는 상기 흡입챔버 내부의 공기를 유동시키는 송풍팬(31)이다. 도 4에 도시된 바와 같이 송풍팬(31)은 흡입챔버(10) 내의 조형물(W)로 공기를 유동시켜 공급함으로써 플랫폼(5) 위의 파우더(P)를 불어 내고 특히 조형물(W)에 묻은 파우더(P)를 탈거시킨다.

도 2에 도시된 블로잉기구는 상기 조형물(W)로 고압유체를 토출시키는 분사노즐(32), 및 상기 분사노즐(32)로 고압유체를 공급하는 압축유체 공급원(33)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 분사노즐(32)은 흡입챔버(10)의 내측벽에 각도조절가능하게 구비되어 조형물(W)에 맞게 분사각도를 조절할 수 있게 된다. 즉, 상기 분사노즐(32)은 절곡가능한 구조와 재질로 형성되어 조형물(W)의 크기와 형상에 따라 토출구의 위치와 분사각도를 조절할 수 있게 되고, 그로 인해 조형물(W)에 묻어 있는 파우더(P)를 보다 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

여기서, 상기 흡입챔버(10)의 내측벽에는 외부에서 육안으로 흡입챔버(10) 내부를 관찰할 수 있도록 투시창(도면미도시)이 형성되어 있다. 따라서, 작업자는 블로잉공정과 흡입공정에 의해 파우더(P)가 제거된 정도는 물론 블로잉기구가 제대로 설치되어 블로잉공정이 효과적으로 이루어지고 있는지를 확인할 수 있게 된다. 가령, 블로잉공정이 제대로 이루어지지 않고 있는 경우 작업을 중단하고 상기 분사노즐(32)의 분사각도와 토출구 위치를 조절할 수 있게 된다.

상기 분사노즐(32)로 분사되는 압축유체는 압축공기나 고압의 불활성기체를 사용할 수 있다. 압축유체가 압축공기인 경우 상기 압축유체 공급원(33)은 압축공기를 만들어 저장하는 압축기(compressor)이다.

상기 블로잉기구는 상기 송풍팬(31)과 상기 분사노즐(32)을 동시에 구비하는 것도 가능하다. 가령, 흡입챔버(10)의 내측벽의 일부에 송풍팬(31)을 고정설치하여 흡입챔버(10)의 내부에 거시적인 공기유동을 일으킴과 동시에, 흡입챔버(10)의 내측벽 다른 부분에 다수개의 분사노즐(32)을 설치하여 조형물(W)과 잔여 파우더(P)에 국소적으로 고압공기를 공급한다. 이 경우 조형물(W)에 묻은 잔여 파우더(P)에 보다 큰 외력이 가해져 쉽게 탈거되고, 탈거된 파우더(P)도 보다 신속하게 흡입덕트(41)로 흡입된다.

상기 흡입기구는 상기 흡입챔버(10)와 연통되어 구비되는 흡입덕트(41), 및 상기 흡입덕트(41)를 통해 상기 흡입챔버(10) 내부에 부압을 형성하는 흡입펌프(42)를 포함하고 있다.

상기 흡입덕트(41)의 단부는 상기 흡입챔버(10)에 연결되고 흡입펌프(42)의 작동에 의해 흡입챔버(10) 내부의 파우더(P)를 흡입하여 배출하게 된다. 상기 흡입펌프(42)에는 파우더(P)가 수거되어 포집되는 수집실(도면미도시)이 연결되어 있다.

상기 송풍팬(31)이나 압축유체 공급원(33) 및 흡입펌프(42)는 제어부에 의해 작동이 온오프된다. 제어부는 작업자가 수동으로 작동시키는 것도 가능하다. 여기서, 상기 흡입챔버(10)에는 조형물 감지센서(도면미도시)가 구비되어 상기 흡입챔버(10)에 조형물(W)이 위치하게 되면 이를 감지하는 것도 가능하다. 감지센서는 조형물(W)을 감지하여 제어신호를 제어부로 출력하고, 이때 제어부가 송풍팬(31)이 압축유체 공급원(33) 및 흡입펌프(42)를 작동시키게 된다. 또한, 상기 플랫폼(5)의 위치나 승강기구(20)의 스트로크를 감지하여 제어부를 구동시키는 것도 가능하다.

한편, 상기 제어부는 타이머기능을 구비하여 파우더 제거공정이 완료되는 시간을 설정하는 것도 가능하다. 나아가 플랫폼(5) 위에서 파우더 제거공정 진행상태를 인지하여 제어부로 오프신호를 출력하는 것도 가능하다. 가령, 상기 흡입챔버(10)에 촬영기구(도면미도시)를 구비하여 중 조형물(W)의 형상을 촬영하고, 상기 제어부가 촬영영상과 설계도면을 대비하여 파우더 제거공정의 진행정도를 판단한다. 이 경우 적어도 측면 사방에서 촬영된 영상과 설계도면의 측면도와 비교하는 것이 바람직하다. 촬영영상을 특정 이미지와 비교하여 인식하는 것은 통상적인 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 제어부는 송풍팬(31)의 출력을 조절하여 송풍강도를 조절할 수 있고, 상기 흡입펌프(42)의 흡입력도 조절 수 있게 된다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치의 작동과정을 설명한다.

먼저, 도 1에 도시된 상태에서 피딩실린더(2)가 승강하여 파우더(P)를 밀어 올리고 블레이드(3)가 수평방향으로 전후진하여 파우더(P)를 플랫폼(5) 위로 공급하게 된다. 블레이드(3)에 의해 플랫폼(5) 위에 파우더(P)가 평탄하게 공급되면 기 설정된 3차원 모델링 설계에 따라 레이저기구(4)가 파우더(P)에 빔을 조사하여 소결공정을 수행하기 시작한다. 한번 소결공정이 완료되면 승강기구(20)가 소결된 두께만큼 하강하고 다시 파우더(P)를 조형물(W) 위로 공급하게 된다. 이러한 피딩공정과 소결공정 및 하강공정이 순차적으로 반복되면서 도 3과 같이 조형물(W)을 만들어 나가게 된다.

조형물(W)이 완성되면 도 4에 도시된 바와 같이 승강기구(20)로 플랫폼(5)을 하강시켜 조형물(W)을 흡입챔버(10) 내부로 이동시킨다. 조형물(W)이 흡입챔버(10)에 위치하게 되면 제어부가 송풍팬(31)이나 압축유체 공급원(33)을 구동시켜 잔여 파우더(P)를 조형물(W)로부터 탈거시키고, 이와 동시에 흡입펌프(42)를 구동시켜 탈거된 잔여 파우더(P)를 흡입배출시키게 된다.

파우더 제거공정이 완료되면 제어부는 송풍팬(31)이나 압축유체 공급원(33) 및 흡입펌프(42)의 동작을 오프시키고, 도 5에 도시된 바와 같이 승강기구(20)가 플랫폼(5)을 초기 소결위치로 이동시킨다. 이때 작업자가 조형물(W)을 취출할 수 있게 된다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10 : 흡입챔버
20 : 승강기구
31 : 송풍팬
32 : 분사노즐
33 : 압축유체 공급원
41 : 흡입덕트
42 : 흡입펌프
1 : 빌드챔버
2 : 피딩실린더
3 : 블레이드
4 : 레이저기구
5 : 플랫폼

Claims

레이저에 의해 파우더가 조형물로 소결되는 빌드챔버의 아래쪽에 구비되는 흡입챔버;
상기 빌드챔버에서 소결된 조형물과 잔여 파우더를 상기 흡입챔버로 이동시키는 승강기구;
상기 흡입챔버 내부에서 조형물에 묻은 파우더를 탈거시키는 블로잉기구;
상기 흡입챔버 내부의 파우더를 흡입하여 포집하는 흡입기구; 및
상기 블로잉기구와 흡입기구의 동작을 제어하는 제어부;
를 포함하는 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치.
제1항에 있어서, 상기 블로잉기구는,
상기 흡입챔버의 내측벽에 구비되고, 상기 흡입챔버 내부의 공기를 유동시키는 송풍팬;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치.
제1항에 있어서, 상기 블로잉기구는,
상기 흡입챔버 내측벽에 구비되고, 상기 조형물로 고압유체를 토출시키는 분사노즐; 및
상기 분사노즐로 고압유체를 공급하는 압축유체 공급원;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치.
제3항에 있어서, 상기 분사노즐은,
상기 흡입챔버의 내측벽에 각도조절가능하게 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치.
제1항에 있어서, 상기 흡입기구는,
상기 흡입챔버와 연통되어 구비되는 흡입덕트; 및
상기 흡입덕트를 통해 상기 흡입챔버 내부에 부압을 형성하는 흡입펌프;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치.