KR20180003310A - 3차원 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면, 상면에, 분말소재가 적층 조형되는 베드; 상기 베드와 상하로 이동되는 케이싱; 상기 베드 일측에 설치되어, 상기 분말소재를 고르게 펴주기 위해 진동을 가하는 진동부; 를 포함하고, 상기 베드는 진동부를 구비하기 위해 일측에, 진동부 홈이 형성되는 3차원 프린터가 제공된다.

Description

3차원 프린터{THREE-DIMENSIONAL OBJECT}

본 발명은 3차원 프린터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공급되는 분말의 충진 밀도 및 평탄화도를 높여 결과적으로 성형되는 제품의 치수안정성을 높일 수 있는 새로운 구조의 3차원 프린터에 관한 것이다.

CAD 프로그램으로 설계한 컴퓨터 파일에서 입체로 된 기계 부품 등을 인쇄하듯 실물 모형으로 만드는 장치를 3차원 프린터라고 하며, 3차원 프린터의 발전과 확산이 제조업계의 화두로 등장하였다.

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. 레이저 기반 방법들은 1980년대 초반/1990년대 초반에 미국 오스틴의 UOT(University of Texas)에서 개발되었으며, 3D 프린팅 또는 선택적 레이저 소결로서 공지되어 있다.

SLS(Selective Laser Sintering)은 그 전문이 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제4,863,568호에 기재되어 있다. 선택적 레이저 소결법은 디티엠 코포레이션(DTM Corporation)에 의해 상용화되었다. 선택적 레이져 소결법은 얇은 분말층을 평면상에 펴는 것을 포함한다.

SLS 기술로 종래의 중합체 분말을 비롯한 다양한 분말 물질로부터 높은 해상도 및 치수정밀도를 갖는 3차원 물품의 직접적 제조가 가능하다. 분말은 카운터-롤링(counter-rolling) 메카니즘 또는 카운터-롤러(counter-roller)로 당업계에 알려진, 선택적 레이저 소결법에 사용하기 위해 개발된 도구를 사용하여 펼친다. 연속적인 분말층들을 카운터-롤러를 사용하여 이미 형성된 층 상에 편 후, 레이저로 소결 또는 용융시킨다. 분말층을 표면상에 편 후, 레이저를 사용하여 레이저 에너지를 예정된 2차원 패턴으로 분말상에 가한다. 레이저는 레이저 빔 에너지가 충돌한 영역에서 분말을 함께 소결 또는 용융시킨다. 분말은 플라스틱, 금속, 중합체, 세라믹 또는 복합체일 수 있다.

이와 같은 종래 3차원 입체 프린터 공정에서 베드에 공급되는 분말들이 안정화되지 않고, 분말 사이에 빈 공간이 있는 상태로 공급되고, 이에 따라 일부 분말들이 용융되지 않으면서 생산된 물체가 뒤틀리거나 설계된 치수를 초과하는 등의 레이저 적층시 제조되는 최종 제품의 형상이나 치수가 부정확하게 제조되는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 성형되는 입체물의 치수안정성을 높이기 위해, 베드에 공급되는 분말 소재 사이의 빈 공간을 줄이면서 공급 밀도를 높이고 평탄화할 수 있는 기능을 가진 새로운 3차원 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상면에, 분말소재가 적층 조형되는 베드; 상기 베드에 포함되어, 베드에 공급되는 분말 소재를 고르게 펴주기 위해 상기 베드에 일정한 진동을 가하기 위한 진동부; 를 포함한다.

상기 진동부는, 상기 베드에 부착되거나, 상기 베드에 매립되는 것이 가능하다.

상기 베드는 상기 진동부를 매립하여 포함하기 위해 진동부 홈을 포함하는 것이 가능하다.

상기 진동부는 상기 베드에 복수개 포함되는 것이 가능하다.

상기 복수개의 진동부는 베드 내에 상호 대칭적으로 포함되는 것이 가능하다.

상기 복수개의 진동부는 베드 내에 동시에 진동을 인가하는 것이 가능하다.

상기 진동부는 상하 진동 또는 회전 진동을 상기 베드에 인가하는 것이 가능하다.

상기 진동부는 구체적으로 모터, 스텝핑 모터, 회전형 초음파 모터, 압전소자, 압전진동체등 당업자가 제한없이 선택하는 것이 가능하다.

상기 하우징은, 상기 베드에 고정결합되는 제1힌지부와, 상기 제1힌지부의 타측에 형성하는 제2힌지부를 포함하고, 상기 하우징은, 베드의 평면과 동일하게 형성될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 3차원 프린터는 베드 내에 진동부가 포함되어 베드 상부에 분말을 공급한 후, 진동부를 구동하여 베드에 진동이 인가됨으로써 베드에 적층되는 분말 소재의 적층 및 충진 밀도를 높여 결과적으로 생성 입체물의 치수 안정성 등의 품질을 높이는 효과를 나타낸다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린터를 나타낸 도면,
도 2 는 도 1에 도시된 3차원 프린터에 베드 일측에 장착된 진동장치를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서는 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린터를 나타낸 도면이고, 도 2 는 도 1에 도시된 3차원 프린터에 베드 일측에 장착된 진동장치를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 프린터는 베드(100)와, 케이싱(200) 및 상기 베드에 포함되는 진동부(300)를 포함하여 이루어진다.

베드(100)는, 피스톤(110) 기타 승강 장치를 이용해 Z축 방향으로 수직 이동할 수 있도록 설치된다. 또한 베드(100)는 상면에 놓여진 분말소재가 레이저에 의해 소결되면, 피스톤(110)에 의해 아래로 수직 하강하여 소결된 분말재료 위에 새로운 분말소재가 일정두께로 적층 될 수 있도록 한다. 또한 베드(100)에는 온도를 높여주기 위한 히터(미도시) 및 히터의 온도를 조절하기 위한 제어장치(미도시)가 설치될 수 있다. 히터로는 할로겐 히터가 사용될 수 있으며, 제어장치는 히터의 온도를 제어하여 베드(100)가 정확한 온도로 가열될 수 있도록 한다.

케이싱(200)은, 분말소재가 놓여진 베드(100)를 수용하고, 베드(100)에 분말소재가 적층될 때, 피스톤(110)의 높낮이 조절에 따라 상, 하로 결합 이동된다. 또한 케이싱(200)은 베드의 상하운동에 대해 직접 가이드 역할을 하거나, 별도의 가이드부재가 설치될 수 있다. 즉, 베드(100)의 외벽과, 케이싱(200)의 내벽에 설치되는 가이드부재(미도시)는 예를 들면, 스크류, 레일 등으로 체결 결합될 수 있을 뿐만 아니라, 상, 하로 이동 가능한 수단이면 제한되지 않고 그 수단으로 대체 가능하다.

한편, 케이싱(200)은 베드(100) 상면에 분말소재가 적층되기 위해, 상측에는 개구부(201)가 형성될 수 있다.

진동부(300)는, 베드(100) 일측에 설치되어, 베드(100) 상면에 놓여진 분말소재를 고르게 평탄화하기 위해 베드에 진동 자극을 가한다. 진동부(300)는, 상기 베드 표면에 부착되거나, 상기 도 1에서 보는 바와 같이 상기 베드에 매립되는 것이 가능하다. 여기서 진동부가 상기 베드(100)에 매립되기 위해, 도시된 도면과 같이, 진동부가 베드의 내부에 수용될 수 있도록 상기 베드는 진동부 홈(310)을 포함하는 것이 가능하다.

상기 진동부는 상하 진동 또는 회전 진동을 상기 베드에 인가하는 것이 가능하다. 구체적으로 상기 진동부는 모터, 스텝핑 모터, 회전형 초음파 모터, 압전소자, 압전진동체등 당업자가 제한없이 선택하는 것이 가능하다.

상기 진동부(300)는 상기 베드 내에 복수개 포함되는 것이 가능하다. 상기 복수개의 진동부는 상기 베드 상부에 적층되는 분말의 평탄화를 위해 상호 대칭적으로 포함되는 것이 가능하다. 도 1 및 도 2는 다만, 이는 예시일 뿐, 진동부(300)는 베드(100) 일측 어느 곳이나 구분 없이 진동부(300)를 장착할 수 있다.

상기 복수개의 진동부(300)는 별도의 제어부에 의해 동시에 인가되어 상기 베드에 동시 진동을 인가하는 것이 공급되는 분말의 평탄화를 위해 바람직하다.

더불어, 진동부(300)는 베드(100) 일측에 형성된 진동부 홈(310)에 탈착 가능하도록 삽입되고, 진동부 홈(310)에서 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위한 진동부 하우징(320)을 더 포함할 수 있다. 여기서 하우징(320)은, 베드(100)에 고정 결합되는 제1힌지부(321)와, 제1힌지부(321)의 타측에 형성하는 제2힌지부(322)를 포함할 수 있다. 제1힌지부(321)는 베드(100) 내측에서 외측 또는 베드(100) 외측에서 내측으로, 모두 회전 가능하도록 설치될 수 있다. 제2힌지부(322) 베드(100)에 하우징(300)을 결합하기 위해, 진동부 홈(310) 일측에 장착될 수 있다.

여기서 제2힌지부(322)가 장착되는 수단은 스냅과 동일한 체결 방법이 될 수 있다. 다만, 이는 예시일 뿐, 스냅과 같은 체결 수단이면, 그 수단으로 대체 가능하다. 또한 하우징(300)은 베드(100)의 평면과 동일하게 형성 즉 평평하게 되어, 베드(100) 위에 분말소재가 고르게 놓여지게 한다. 더불어, 제1힌지부(321)와 제2힌지부(322)의 위치는 변경될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 3차원 프린터는 컴퓨터를 포함할 수 있다. 컴퓨터는 삼차원 프린터와 일체로 형성될 수 있다. 컴퓨터에는 다양한 3차원 조형물에 대한 데이터가 저장되어 있어, 3차원 프린터는 이를 이용해 주물사와 같은 다양한 물체를 제작하는 것이 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허등록청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 베드
110 : 피스톤
200 : 케이싱
300 : 진동부
310 : 진동부 홈
320 : 진동부 하우징
321 : 제1힌지부
322 : 제2힌지부

Claims (8)

1. 분말소재가 적층 조형되는 베드;
   상기 베드 일측에 설치되어, 베드의 상부에 적층되는 분말소재를 고르게 펴주기 위해 진동을 가하는 진동부; 를 포함하는
   3차원 프린터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 진동부는 상기 베드에 부착되거나, 또는 베드에 매립되는 것인
   3차원 프린터
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 베드는 진동부가 매립되는 진동부 홈이 형성되는 3차원 프린터.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 베드는 복수개의 진동부를 포함하는 것인 3차원 프린터.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 복수개의 진동부는 상호간 대칭 구조인 것인 것인 3차원 프린터.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 복수개의 진동부를 동시에 구동하기 위한 제어부를 더 포함하는 것인 3차원 프린터.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 진동부는,
   상기 진동부 홈에 탈착 가능하도록 삽입되고, 진동부 홈에서 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위한 진동부 하우징을 더 포함하는 3차원 프린터.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 베드에 고정결합되는 제1힌지부와,
   상기 제1힌지부의 타측에 형성하는 제2힌지부를 포함하고,
   상기 하우징은, 베드의 평면과 동일하게 형성되는 3차원 프린터.
   

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