KR20170014619A - 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소결공정시 3차원 조형물과 함께 소결되면서 플랫폼에 대하여 조형물을 지지하고 소결공정 후 후처리에 의해 조형물로부터 제거되는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 관한 것으로, 상기 조형물의 하부에 형성되고, 상기 플랫폼과의 접촉면적이 상기 조형물과의 접촉면적보다 넓게 형성되어, 파우더의 소모량을 감소시켜 재료비를 절감할 수 있고 후가공 비용을 절감할 수 있게 된다.

Description

레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체{ A supporting structure for a workpiece printed by Selective Laser Sintering typed 3D printer }

본 발명은 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소결공정시 3차원 조형물과 함께 소결되면서 플랫폼에 대하여 조형물을 지지하고 소결공정 후 후처리에 의해 조형물로부터 제거되는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 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.

한편, 소결공정시에는 소결공정 중 조형물이 움직이지 않게 잡아주는 서포트 구조체를 함께 소결하게 되는데, 서포트 구조체는 소결공정시 3차원 조형물과 함께 소결되면서 플랫폼에 대하여 조형물을 지지하고 소결공정 후 후처리에 의해 조형물로부터 제거되는 임시 구조물이다.

종래 미국공개특허 2014-0251481(선행문헌)에 개시된 지지구조체는 조형물의 하부에 다수개가 형성된다. 그러나, 각 지지구조체는 상단부가 넓고 하단부가 좁은 형상으로 형성되므로 하나의 지지구조체로는 조형물을 지지할 수 없고 가장 간단한 구조의 조형물이라 하더라도 적어도 3개 이상의 지지구조체로 지지해야 넘어지지 않게 된다.

이와 같이 다수개의 지지구조체를 조형물과 함께 소결하게 되면 소결공정에 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 소결된 지지구조체는 폐기되므로 재료의 낭비가 커 제조원가를 상승시키는 원인이 되고 있다.

또한, 선행문헌에 개시된 지지구조체의 구조에서는 조형물과의 접촉면적이 넓어 조형물로부터 지지구조체를 간편하게 제거할 수 없고 제거 후 표면처리에도 어려움이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 파우더의 소모량을 감소시켜 재료비를 절감할 수 있고 후가공 비용을 절감할 수 있는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체는, 소결공정시 3차원 조형물과 함께 소결되면서 플랫폼에 대하여 조형물을 지지하고 소결공정 후 후처리에 의해 조형물로부터 제거되는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체로서, 상기 조형물의 하부에 형성되고, 상기 플랫폼과의 접촉면적이 상기 조형물과의 접촉면적보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 있어서, 플랫폼으로부터 조형물로 갈수록 단면적이 감소하게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 있어서, 종단면 외주면이 오목한 곡면으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 있어서, 횡단면이 원형으로 형성되어 입체적으로 나팔 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 있어서, 종단면 형상이 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 있어서, 상기 조형물과 동일한 재질로 형성되는 것도 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 의하면, 최소한의 구조물로 조형물을 안정적으로 지지함으로써 파우더의 소모량을 감소시켜 재료비를 절감할 수 있고, 소결공정완료 후 조형물로부터 용이하게 제거하고 간편하게 표면처리하여 제품의 품질을 높이고 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 후가공 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1과 도 3 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체를 나타낸 사시도,
도 2와 도 4 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체를 제조하는 과정을 나타낸 개념도,
도 7과 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체를 나타낸 일측면도이다.

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

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체(10)는, 조형물(1)의 하부에 플랫폼(2)과의 접촉면적이 조형물(1)과의 접촉면적보다 넓게 형성되어 있다.

즉, 플랫폼(2)으로부터 조형물(1) 쪽으로 갈수록 단면적이 감소하는 형상으로 형성되어 있다. 이와 같이 하부가 상부에 비해 넓게 형성됨으로써 서포트 구조체(10)가 스스로 플랫폼(2) 위에 직립할 수 있게 되고, 그로 인해 조형물(1)의 형상에 따라 하나의 서포트 구조체(10)만으로도 조형물(1)을 지지할 수 있게 된다.

가령, 도 1에 도시된 조형물(1)의 경우 구형이므로 무게 중심에 하나의 서포트 구조체(10)를 형성하더라도 조형물(1)을 지지할 수 있게 된다. 서포트 구조체(10)는 조형물(1)의 하부에 형성되므로 조형물(1)의 무게 중심 상에 형성되기만 하면 하나만으로도 조형물(1)을 지지할 수 있게 되는 것이다.

서포트 구조체(10)는 종단면 외주면(11)이 오목한 곡면으로 형성되고 횡단면이 원형으로 형성되어 입체적으로 나팔 형상으로 형성되어 있다. 한편, 도 7에 도시된 서포트 구조체(10)는 종단면 형상이 등변 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다.

도 1이나 도 7에 도시된 서포트 구조체(10)(30) 모두 상부보다 하부가 넓게 형성된 형상이나 도 7의 사다리꼴 형상보다 도 1의 나팔 형상이 파우더를 적게 소모하게 된다. 즉, 도 1의 나팔 형상 서포트 구조체(10)는 외주면이 곡면으로 오목하게 형성되어 직선으로 형성된 도 7의 서포트 구조체(30)보다 단면적이 작게 된다. 따라서, 서포트 구조체(30)는 단면적이 사다리꼴 형상으로 형성되는 것도 가능하나, 도 1에 도시된 나팔 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 나팔 형상의 경우 도 8에 도시된 서포트 구조체(20)와 같이 조형물(1)과 접하는 상단부(22)의 횡단면 면적이 중간 부분(23)보다 크게 형성되는 것도 가능하다. 도 1에 도시된 나팔 형상은 상단부(12)의 횡단면 면적이 가장 작은데 반해 도 8은 상단부(22)보다 조금 아래인 중간 부분(23)이 가장 작게 형성되어 있다. 도 3이나 도 5의 경우에는 다수개의 서포트 구조체(10)로 조형물(1)을 지지하나 도 1의 경우에는 하나의 서포트 구조체(10)가 조형물(1)을 지지하게 되므로 도 1의 서포트 구조체(10)보다는 도 8의 서포트 구조체(20)가 보다 안정적으로 견고하게 조형물(1)을 지지할 수 있게 된다.

그러나, 도 8과 같이 상단부(22)의 단면적이 넓으면 조형물(1)과 접촉하는 면적이 커지게 되어 소결공정 후 서포트 구조체(10)를 제거하는데 어려움이 있고 제거 후의 표면처리도 어렵게 된다. 따라서, 조형물(1)의 형상에 따라 상단부(22) 단면적은 최소로 형성하되 조형물(1)을 견고하고 안정적으로 지지하기 위해 도 3과 도 5와 같이 다수개의 서포트 구조체(10)를 구비하는 것이 바람직하다. 나아가 도 9에 도시된 서포트 구조체(40)와 같이 상단부(42)의 단면적이 하단부나 중간부분(43)에 비해 가장 작게 잘록하게 형성되는 것도 가능하다. 이러한 형상은 조형물(1) 완성 후 제거공정을 용이하게 수행할 수 있게 한다.

또한, 서포트 구조체(10)는 조형물(1)의 형상에 따라 다수개가 구비될 수 있는데, 조형물(1) 중 아래쪽으로 돌출되어 형성된 돌출부(1a)에 서포트 구조체(10)가 각각 형성될 수 있다.

예컨대, 도 1에 도시된 조형물(1)은 구형의 하단 중앙에 하나의 서포트 구조체(10)가 형성되고, 도 3에 도시된 'ㄷ'자 형상의 조형물(1)은 아래쪽으로 돌출된 2개의 돌출부(1a)에 각각 서포트 구조체(10)가 형성되며, 도 5의 조형물(1)의 경우 돌출부(1a)가 3개이므로 3개의 서포트 구조체(10)가 돌출부(1a)들을 각각 지지하고 있다.

서포트 구조체(10)는 조형물(1)과 동일한 재질로 형성된다. 따라서, 동일한 재질의 파우더로 동일한 소결공정을 통해 서포트 구조체(10)와 조형물(1)을 연속해서 형성할 수 있게 된다.

도 2와 도 4 및 도 6을 참조하여 서포트 구조체(10)와 조형물(1)의 소결공정을 설명하면,

처음 플랫폼(2) 위에 파우더가 도포된 후, 각 도면의 (a)에 도시된 바와 같이 레이저에 의해 서포트 구조체(10)의 하단부가 형성되고, 반복 소결공정에 의해 (b)에 도시된 바와 같이 서포트 구조체(10)가 먼저 완성된다.

이후 계속해서 소결공정이 반복되면서 각 도면의 (c)에 도시된 바와 같이 조형물(1)이 만들어지기 시작하고, 결국 (d)와 같이 조형물(1)과 서포트 구조물(10)이 모두 완성된다. 도 4와 도 6에 도시된 조형물(1)의 경우, 돌출부(1a)들이 만들어지는 초기에는 하나의 서포트 구조체(10)가 돌출부(1a)를 하나씩 각각 지지하게 된다. 따라서, 돌출부(1a)들이 서로 일체의 조형물(1)로 연결되기 전까지 돌출부(1a)가 각각 지지되어야 하므로 돌출부(1a)마다 각각의 서포트 구조체(10)가 형성되는 것이 바람직하다.

각 도면의 (d)에 도시된 바와 같이 조형물(1)이 완성되면, 잔여 파우더(도면미도시)를 제거하고 조형물(1)로부터 서포트 구조체(10)를 제거한다.

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.

10,20,30,40 : 서포트 구조체
1 : 조형물
1a : 돌출부
2 : 플랫폼

Claims (6)

1. 소결공정시 3차원 조형물과 함께 소결되면서 플랫폼에 대하여 조형물을 지지하고 소결공정 후 후처리에 의해 조형물로부터 제거되는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 있어서,
   상기 조형물의 하부에 형성되고, 상기 플랫폼과의 접촉면적이 상기 조형물과의 접촉면적보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 플랫폼으로부터 조형물 쪽으로 갈수록 단면적이 감소하게 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체.
3. 제2항에 있어서,
   종단면 외주면이 오목한 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체.
4. 제3항에 있어서,
   횡단면이 원형으로 형성되어 입체적으로 나팔 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체.
5. 제2항에 있어서,
   종단면 형상이 사다리꼴 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체.
6. 제1항에 있어서,
   상기 조형물과 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체.

Images