KR20170042892A

KR20170042892A - 조형물의 서포트 구조체

Info

Publication number: KR20170042892A
Application number: KR1020150142071A
Authority: KR
Inventors: 이학승; 신기수
Original assignee: 주식회사 대건테크
Priority date: 2015-10-12
Filing date: 2015-10-12
Publication date: 2017-04-20

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, 상단이 상기 조형물의 측면에 연결되어 형성되고 하단이 상기 플랫폼 위에 지지되는 서브 서포트를 포함하여, 소결공정시 조형물을 측면에서 안정적으로 지지하고 소결공정완료 후 조형물로부터 용이하게 제거될 수 있게 된다.

Description

조형물의 서포트 구조체{ A supporting structure for a workpiece }

본 발명은 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, 조형물의 하부를 지지하는 구조는 조형물의 형상이나 지지구조체의 지지점에 따라 작은 외부의 충격에도 조형물이 쉽게 쓰러지거나 지지구조체가 좌굴(buckling)될 수 있는 우려가 있었다.

또한, 선행문헌과 같은 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, 소결공정시 조형물을 측면에서 안정적으로 지지하고 소결공정완료 후 조형물로부터 용이하게 제거될 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, 상단이 상기 조형물의 측면에 연결되어 형성되고 하단이 상기 플랫폼 위에 지지되는 서브 서포트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 있어서, 상기 서브 서포트는, 상기 조형물의 측면에 외측으로 수평하게 연장되어 형성되고 상기 플랫폼과 이격되어 형성되는 제1수평지지부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 있어서, 상기 서브 서포트는 상기 제1수평지지부의 선단에 절곡되어 상기 제1수평지지부와 함께 엘보우 형상으로 형성되는 수직지지부를 더 포함하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 있어서, 상기 플랫폼 위에 접촉되어 형성되고 상기 조형물의 주위에 이격되어 형성되며 상기 서브 서포트의 수직지지부 하단이 연결되어 형성되는 베이스 서포트를 더 포함하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 있어서, 상기 베이스 서포트는 폐곡선 형상으로 형성되는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 있어서, 상기 서브 서포트는 상기 플랫폼 위에 접촉되어 형성되고 일단이 상기 조형물의 측면에 외측으로 수평하게 연장되어 형성되며 타단이 상기 베이스 서포트에 연결되어 형성되는 제2수평지지부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 있어서, 상기 서브 서포트는 상기 조형물과 연결되는 단부가 잘록하게 형성될 수 있다.

상기 서브 서포트 및 베이스 서포트는 상기 조형물과 동일한 재질로 형성되는 것

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 의하면, 소결공정시 조형물을 측면에서 안정적으로 지지함으로써 불량률을 낮추고 생산성을 높일 수 있고, 소결공정완료 후 조형물로부터 용이하게 제거하고 간편하게 표면처리하여 제품의 품질을 높일 수 있으며 후가공 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체를 나타낸 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체를 나타낸 일측단면도,
도 3과 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체를 나타낸 사시도,
도 5는 도 1에 도시된 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체의 제조과정을 나타낸 개념도이다.

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

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체는, 상단이 조형물(1)의 측면에 연결되어 형성되고 하단이 플랫폼(2) 위에 지지되는 서브 서포트(10), 및 플랫폼(2) 위에서 서브 서포트(10)를 지지하는 베이스 서포트(20)를 포함한다.

도 1에 도시된 조형물(1)은 상부면(1a)과 저면(1b), 측면을 가진 입체물로, 측면은 다시 전면(1c)과 후면(1d)과 좌측면(1e) 및 우측면(1f)으로 이루어지고, 전면(1c)은 돌출된 상부 전면(1ca)과 하부 전면(1cb)으로 이루어져 있다.

서브 서포트(10)는 조형물(1)의 측면에 외측으로 수평하게 연장되어 형성되는 제1수평지지부(11) 및 제2수평지지부(13), 및 제1수평지지부(11)를 지지하는 수직지지부(12)를 포함하여 구성된다.

제1수평지지부(11)는 플랫폼(2)과 이격되어 형성되고, 제2수평지지부(13)는 플랫폼(2) 위에 접촉되어 형성된다. 제1수평지지부(11)는 조형물(1)의 돌출된 상부 전면(1ca)과 좌측면(1e) 및 우측면(1f)에 연결되어 형성된다. 제2수평지지부(13)는 조형물(1)의 하부 전면(1cb)에 연결되어 형성된다.

제2수평지지부(13)는 일단이 조형물(1)의 하부 전면(1cb)에 외측으로 수평하게 연장되어 형성되고 타단이 베이스 서포트(20)에 연결되어 형성된다. 제2수평지지부(13)는 막대형상으로 형성되고 플랫폼(2) 위에 접촉되어 형성됨으로써 베이스 서포트(20)와 조형물(1)을 직접 연결하여 조형물(1)을 지지하게 된다.

또한, 제2수평지지부(13)는 후면(1d) 하단부에 막대형상으로 형성되고 플랫폼(2) 위에 접촉되어 형성됨으로써 베이스 서포트(20)에 대하여 조형물(1)을 지지하게 된다.

이와 같이 제2수평지지부(13)는 제1수평지지부(11)와는 달리 플랫폼(2) 위에 접촉되어 구비되고 베이스 서포트(20)에 직접 연결되어 베이스 서포트(20)에 대해서 뿐만 아니라 플랫폼(2)에 대해서도 조형물(1)을 지지하게 된다.

제1수평지지부(11)는 플랫폼(2)으로부터 소정의 높이에 형성됨으로써 직접 플랫폼(2)에 대하여 조형물(1)을 지지하지 않고 수직지지부(12)를 통해 조형물(1)을 지지하게 된다. 도 1의 실시예에서 제1수평지지부(11)는 상부 전면(1ca)과 좌측면(1e) 상부 및 우측면(1f) 상부에 연결되어 조형물(1)을 3방향에서 지지하게 된다.

수직지지부(12)는 제1수평지지부(11)의 선단에 절곡되어 제1수평지지부(11)와 함께 엘보우('ㄱ') 형상을 이룬다. 따라서, 제1수평지지부(11)와 수직지지부(12)는 플랫폼(2)으로부터 소정의 높이에 이격되어 형성되는 조형물(1)을 지지하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1수평지지부(11)와 제2수평지지부(13)는 조형물(1)과 연결되는 단부가 잘록하게 형성된다. 즉, 제1수평지지부(11)와 제2수평지지부(13)는 조형물(1)의 소결공정이 완료되고 잔여 파우더를 제거한 후 조형물(1)로부터 분리되어야 하는데, 제1수평지지부(11)와 제2수평지지부(13)의 단부에 절개홈(14)이 잘록하게 형성되어 조형물(1)로부터 용이하게 제거될 수 있게 된다.

베이스 서포트(20)는 플랫폼(2) 위에 접촉되어 형성되고, 서브 서포트(10)의 수직지지부(12) 하단이 연결되어 형성된다. 베이스 서포트(20)는 폐곡선 형상으로 형성되어 조형물(1)의 주위에 이격되어 배치된다. 가령, 도 1에 도시된 바와 같이 사각틀 형상으로 형성되는 것도 가능하고 조형물(1)의 형상에 따라 링 형상이나 스플라인 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 조형물(1) 주위의 어느 방향에서도 제1수평지지부(11)나 수직지지부(12)와 연결될 수 있게 됨으로써 조형물(1)을 더욱 견고하게 지지할 수 있게 된다.

도 3에 도시된 조형물(1)은 도 1에 도시된 조형물(1)에 비해 전체 길이도 짧고 전면으로 돌출된 정도도 작다. 따라서, 도 3의 조형물(1)에 대해서는 전면(1c)에 하나의 제1수평지지부(11)만 연결되고 좌측면(1e)과 우측면(1f)에는 제2수평지지부(13)가 연결되어 있다.

도 1과 도 3에 도시된 조형물(1)의 경우 플랫폼(2)으로부터 소정의 높이에 전면으로 돌출된 부분이 있으므로 제1수평지지부(11)와 수직지지부(12)가 함께 돌출부분을 지지하게 되는데, 도 4에 도시된 조형물(1)은 직사각형 형상으로 돌출부분이 없어 제2수평지지부(13)만으로 조형물(1)의 측면을 지지하더라도 조형물(1)을 충분히 지지할 수 있게 된다.

이와 같이 조형물(1)의 형상과 크기에 따라 제1수평지지부(11)와 제2수평지지부(13) 및 수직지지부(12)를 선택적으로 조합하여 조형물(1)의 측면을 안정적으로 지지할 수 있게 된다.

서브 서포트(10) 및 베이스 서포트(20)는 조형물(1)과 동일한 재질로 형성된다. 따라서, 동일한 재질의 파우더로 동일한 소결공정을 통해 서브 서포트(10) 및 베이스 서포트(20)와 조형물(1)을 연속해서 형성할 수 있게 된다.

도 5를 참조하여 서포트 구조체와 조형물(1)의 소결공정을 설명하면,

플랫폼(2) 위에 파우더가 도포되고 레이저 소결이 시작되는 초기에는, (a)에 도시된 바와 같이 조형물(1)의 하단부와 제2수평지지부(13), 수직지지부(12)의 하단부 및 베이스 서포트(20)가 형성된다.

이후 반복 소결공정에 의해 (b)에 도시된 바와 같이 조형물(1)의 중간부분과 수직지지부(12)의 나머지 부분이 형성되며, 제1수평지지부(11)도 형성된다.

계속해서 소결공정이 반복되면 (c)에 도시된 바와 같이 조형물(1)과 서브 서포트(10)와 베이스 서포트(20)가 모두 완성된다. 조형물(1)이 완성되면, 잔여 파우더(도면미도시)를 제거하고 조형물(1)로부터 서브 서포트(10)를 탈거하여 베이스 서포트(20)와 함께 제거한다. 서브 서포트(10)는 선단 잘록한 절개홈(14) 부분을 절삭하여 조형물(1)로부터 탈거한다.

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 : 서브 서포트
11 : 제1수평지지부
12 : 수직지지부
13 : 제2수평지지부
14 : 절개홈
20 : 베이스 서포트

Claims

소결공정시 3차원 조형물과 함께 소결되면서 플랫폼에 대하여 조형물을 지지하고 소결공정 후 후처리에 의해 조형물로부터 제거되는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체에 있어서,
상단이 상기 조형물의 측면에 연결되어 형성되고, 하단이 상기 플랫폼 위에 지지되는 서브 서포트;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체.
제1항에 있어서, 상기 서브 서포트는,
상기 조형물의 측면에 외측으로 수평하게 연장되어 형성되고, 상기 플랫폼과 이격되어 형성되는 제1수평지지부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체.
제2항에 있어서, 상기 서브 서포트는,
상기 제1수평지지부의 선단에 절곡되어 상기 제1수평지지부와 함께 엘보우 형상으로 형성되는 수직지지부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체.
제3항에 있어서,
상기 플랫폼 위에 접촉되어 형성되고, 상기 조형물의 주위에 이격되어 형성되며, 상기 서브 서포트의 수직지지부 하단이 연결되어 형성되는 베이스 서포트;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체.
제4항에 있어서, 상기 베이스 서포트는,
폐곡선 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체.
제4항에 있어서, 상기 서브 서포트는,
상기 플랫폼 위에 접촉되어 형성되고, 일단이 상기 조형물의 측면에 외측으로 수평하게 연장되어 형성되며, 타단이 상기 베이스 서포트에 연결되어 형성되는 제2수평지지부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체.
제1항에 있어서, 상기 서브 서포트는,
상기 조형물과 연결되는 단부가 잘록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체.
제1항에 있어서,
상기 서브 서포트 및 베이스 서포트는,
상기 조형물과 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 소결식 3차원 프린팅 조형물의 서포트 구조체.