KR20180003312A - Three-dimensional object - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 조형물 제작을 위한 3차원 프린터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 챔버 외부로부터 작업이 수행되는 작업대까지 연장되어 작업 부위에 직접 비활성 기체를 공급할 수 있는 비활성 기체 공급부를 구비하여 작업 환경을 최적화하여 출력물의 정확도 및 안정성을 높일 수 있는 3차원 프린터에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional printer for manufacturing three-dimensional sculptures, and more particularly, to a three-dimensional printer for manufacturing three-dimensional sculptures. More particularly, the present invention relates to a three- Dimensional printer capable of improving the accuracy and stability of output.
일반적으로, CAD 프로그램으로 설계한 컴퓨터 파일에서 입체로 된 기계 부품 등을 인쇄하듯 실물모형을 만드는 장치를 3차원 프린터라고 하며, 3차원 프린터의 발전과 확산이 제조업계의 화두로 등장하였다.Generally, a device that creates a real model, such as a three-dimensional machine part, is printed on a computer file designed by a CAD program. The device is called a 3D printer.
3차원 프린터 방식에는 광경화성 수지에 레이저 광선을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(Stereo Lithograhhic 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.In the three-dimensional printer method, SLA (Stereo Lithographic Apparatus) which uses the principle that the scanned portion is cured by injecting laser light to the photo-curable resin and functional polymer or metal powder instead of photo-curable resin in SLA are used, SLS (Selective Laser Sintering), which uses the principle of solidification by injection, and Laminated Object Manufacturing (LOM), which cuts glue-coated paper using a laser beam in a desired cross-section, , And BPM (Ballistic Particle Manufacturing) using Ink-Jet printer technology. Laser-based methods were developed at the University of Texas at UOT in Austin, USA in the early 1980's / early 1990's and are known as 3D printing or selective laser sintering.
SLS 기술로 종래의 중합체 분말을 비롯한 다양한 분말 물질로부터 높은 해상도 및 치수정밀도를 갖는 3차원 물품의 직접적 제조가 가능해졌다. 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 technology has enabled the direct production of three-dimensional articles with high resolution and dimensional accuracy from a variety of powder materials including conventional polymer powders. Selective Laser Sintering (SLS) is described in U.S. Patent No. 4,863,568, which is incorporated herein by reference in its entirety. Selective laser sintering was commercialized by DTM Corporation. Selective laser sintering involves spreading a thin layer of powder on a flat surface.
분말은 카운터-롤링(counter-rolling) 메카니즘 또는 카운터-롤러(counter-roller)로 당업계에 알려진, 선택적 레이저 소결법에 사용하기 위해 개발된 도구를 사용하여 작업대 위에 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. The powder is spread on a worktable using a tool developed for use in a selective laser sintering process known in the art as a counter-rolling mechanism or a counter-roller. Continuous powder layers are sieved on a layer that has already been formed using a counter-roller and then sintered or melted with a laser. After the powder layer is deposited on the surface, the laser energy is applied to the powder in a predetermined two-dimensional pattern using a laser. The laser sinter or melt the powder together in the region where the laser beam energy impinges. The powder may be a plastic, a metal, a polymer, a ceramic or a composite.
이와 같이, 분말소재는 레이저를 통해 베드에 적층될 때, 작업공간 내부에는 산소가 형성된다. 이러한 산소는 열 처리를 행하는 레이저가 분말소재간 융착을 방해하는 문제점이 있었다.Thus, when the powder material is laminated to the bed through the laser, oxygen is formed inside the working space. Such oxygen has a problem that the laser for performing the heat treatment interferes with the fusion of the powder material.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 작업이 수행되는 작업대까지 비활성 기체를 공급할 수 있는 비활성 기체 공급부를 구비하여 출력물의 정확도 및 안정성을 높일 수 있는 3차원 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a three-dimensional printer capable of increasing the accuracy and stability of an output by providing an inert gas supply unit capable of supplying an inert gas to a work table on which an operation is performed, in order to solve the above- .
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, According to an aspect of the present invention,
작업공간을 형성하는 챔버; A chamber defining a work space;
분말소재를 녹여주는 레이저 장치; A laser device for dissolving powder material;
상기 레이저 장치에 레이저가 원하는 위치에 조사되도록 XY 방향으로 이동되는 XY 테이블; An XY table moved in X and Y directions so that the laser is irradiated to a desired position on the laser device;
상기 XY 테이블 위에 놓여지고, 성형 작업을 위한 분말 소재가 적층되는 작업대;A work table placed on the XY table and stacked with a powder material for a molding operation;
상기 작업대 및 작업대 상부에 적층되는 분말 소재를 수용하는 출력용 베드; 및 An output bed for receiving the powder material to be stacked on the work table and the work table; And
상기 챔버 내측으로 연장되어, 상기 작업공간 내부로 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 공급장치; 를 포함한다.An inert gas supply device extending into the chamber to supply an inert gas into the work space; .
본 발명에 의한 상기 비활성 기체 공급장치를 포함하는 3차원 프린터에 있어서, 상기 유로부의 말단은 레이저 장치에서 공급되는 레이저가 조사되는 부분을 따라 이동하는 것이 가능하다. In the three-dimensional printer including the inert gas supply device according to the present invention, the end of the flow path portion can move along the portion irradiated with the laser supplied from the laser device.
본 발명에 의한 상기 비활성 기체 공급장치를 포함하는 3차원 프린터는, 비활성 기체를 충진하는 충진부와, 상기 충진부에서 상기 3차원 프린터의 챔버 내부까지 비활성 기체를 공급하는 유로부를 포함할 수 있다.The three-dimensional printer including the inert gas supply device according to the present invention may include a filling part for filling the inert gas and a flow path part for supplying the inert gas from the filling part to the inside of the chamber of the 3D printer.
본 발명에 의한 상기 비활성 기체 공급장치를 포함하는 3차원 프린터에 있어서, 상기 비활성 기체는 질소, 아르곤 등을 사용하는 것이 가능하다.In the three-dimensional printer including the inert gas supply device according to the present invention, the inert gas may be nitrogen, argon, or the like.
본 발명에 의한 3차원 메탈 프린터는 메탈 분말을 소결하기 위한 레이저가 공급되는 작업부까지 질소를 포함하는 비활성 기체를 공급하여 메탈 분말의 산화를 방지할 뿐만 아니라, 작업 중 발생하는 산소에 의해 메탈 분말이 산화되는 것을 방지하는 효과를 갖는다.The three-dimensional metal printer according to the present invention not only prevents the oxidation of the metal powder by supplying an inert gas containing nitrogen to the working portion to which the laser is supplied for sintering the metal powder, Is prevented from being oxidized.
또한, 작업공간 내부로 질소를 충분히 공급함으로써, 작업공간 내부의 용존산소량을 줄여 분말소재에 그을음이 발생되거나, 분말 소재의 날림현상에 의해 레이저 초점의 오류가 발생되는 것을 방지하는 효과를 갖는다.In addition, by sufficiently supplying nitrogen to the inside of the work space, the amount of dissolved oxygen in the work space is reduced, soot is generated in the powder material, or an error of the laser focus is prevented from occurring due to the fly phenomenon of the powder material.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린터를 나타낸 도면,
도 2 는 도 1에 도시된 3차원 프린터에 질소공급장치가 장착된 상태를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a view showing a state in which the nitrogen supply device is mounted on the three-dimensional printer shown in FIG. 1. FIG.
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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order that the present invention can be easily carried out by those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서는 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the entire specification.
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.In addition, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor should properly define the concept of the term to describe its invention in the best way. It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린터를 나타낸 도면이고, 도 2 는 도 1에 도시된 3차원 프린터에 질소공급장치가 장착된 상태를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view showing a three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a state where a nitrogen supply device is mounted on the three-dimensional printer shown in FIG.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 프린터는 챔버(100)와, 레이저 장치(200)와, XY 테이블(300)과, 베드(400) 및 질소공급장치(500)를 포함하여 이루어진다.1 and 2, a three-dimensional printer according to the present invention includes a
챔버(100)는 작업공간을 형성한다.The
레이저 장치(200)는, 챔버(100) 내에 위치하고, 레이저 발생기(210) 및 반사경(221)을 포함하는 인쇄헤드(220)로 이루어진다.The
레이저 발생기(210)는 분말소재를 녹여주기 위한 고출력 Co2 레이저를 발생시킨다. 레이저 발생기(210)를 고정하기 위한 마운팅 구조는 다양한 실시예가 가능하다. 레이저 발생기(210)는 외부전원을 공급받을 수 있도록 케이블과 연결되며, 케이블은 유연성 재질의 케이블 가이드에 수납된다. 레이저 스캔은 갈바노(galvano) 스캔방식 레이저 마킹 시스템이 이용될 수 있다.The
인쇄헤드(220)는 반사경(221)에 의해 경로가 변경되는 레이저가 분말소재에 조사되도록 하여 분말소재가 소결되도록 한다. 인쇄헤드(220)는 힌지 등에 의해 각도조절이 가능하게 설치될 수 있으며, 반사경(221)은 레이저의 경로변경을 위해 다수개가 설치될 수 있다.The
XY 테이블(300)은 스크류 가이드(액츄에이터; 미도시)를 이용해 인쇄헤드(220)의 위치를 XY 방향으로 자유롭게 이동시켜 레이저가 원하는 위치에 정확하게 조사될 수 있도록 한다.The XY table 300 freely moves the position of the
베드(400)는, 피스톤(410)을 이용해 Z축 방향으로 수직 이동할 수 있도록 설치된다. 또한 베드(400)는 상면에 놓여진 분말소재가 레이저에 의해 소결되면, 피스톤(410)에 의해 아래로 수직 하강하여 소결된 분말소재 위에 새로운 분말소재가 일정두께로 적층 될 수 있도록 한다. 또한 베드(400)에는 온도를 높여주기 위한 히터(420) 및 히터의 온도를 조절하기 위한 제어장치(미도시)가 설치될 수 있다. 히터(420)로는 할로켄 히터가 사용될 수 있으며, 제어장치는 히터(420)의 온도를 제어하여 베드(400)가 정확한 온도로 가열될 수 있도록 한다.The
질소공급장치(500)는 챔버(100) 내측 벽에 설치되어, 충전된 질소를 작업공간 내부로 공급한다. 질소공급장치(500)는 도시된 도면과 같이, 챔버(100) 내측 벽이라고 도시 및 예시했지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 질소를 공급하고, 레이저 장치(200) 측으로 질소를 공급할 수 있는 위치면 그 위치에 설치될 수 있다.The
질소공급장치(500)는 베드(400)에 분말소재가 적층될 때, 융착되는 것을 방해하는 산소로 인해, 챔버(100) 내부로 질소를 공급한다. 이로 인해, 챔버(100) 내부를 비활성 상태로 만들어, 분말소재가 적층될 때, 융착이 잘되도록 분위기를 바꿔줌으로써, 임의형상물의 형태 제작 시간을 감소시키는 역할을 한다. 이를 위해 질소공급장치(500)는 충진부(미도시)와, 유로부(미도시)를 포함할 수 있다. 여기서 충진부는 질소를 충진하고, 유로부는 충진부에서 질소공급장치(500)로 질소가 향하는 유로가 형성될 수 있다.The
한편, 본 발명에 따른 3차원 프린터는 컴퓨터를 포함할 수 있다. 컴퓨터는 3차원 프린터와 일체로 형성될 수 있다. 컴퓨터에는 다양한 3차원 조형물에 대한 데이터가 저장되어 있어, 3차원 프린터는 이를 위해 주물사와 같은 다양한 물체를 제작하는 것이 가능하다.Meanwhile, the three-dimensional printer according to the present invention may include a computer. The computer can be formed integrally with the three-dimensional printer. Since the computer stores data on various types of three-dimensional objects, a three-dimensional printer can produce various objects such as foundry sand.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 프린터에 의하면, 레이저 소견하는 부위에 질소를 유입시켜, 산화를 방지할 뿐만 아니라, 산소에 의해 메탈 자체가 산화가 되서 타는 것을 방지하는 효과를 갖는다.As described above, according to the three-dimensional printer according to the present invention, nitrogen is introduced into a laser spot to prevent oxidation, and the metal itself is oxidized by oxygen to prevent burning.
또한, 작업공간 내부로 질소를 공급함으로써, 작업공간 내부의 용존산소량을 줄여 분말소재에 그을음이 발생되는 것과, 분말소재의 날림현상에 의해 레이저 초점의 오류가 발생되는 방지하는 효과를 갖는다.Also, by supplying nitrogen to the inside of the work space, the amount of dissolved oxygen in the work space is reduced, soot is generated in the powder material, and the laser focus error is prevented from occurring due to the fly phenomenon of the powder material.
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.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
100 : 챔버
200 : 레이저 장치
210 : 레이저 발생기
220 : 인쇄헤드
221 : 반사경
300 : XY 테이블
400 : 베드
410 : 피스톤
420 : 히터
500 : 질소공급장치100: chamber
200: laser device
210: laser generator
220: print head
221: reflector
300: XY table
400: Bed
410: Piston
420: heater
500: nitrogen supply device
Claims (4)
분말소재를 녹여주는 레이저 장치;
상기 레이저 장치에 레이저가 원하는 위치에 조사되도록 XY 방향으로 이동되는 XY 테이블;
상기 XY 테이블 위에 놓여지고, 성형 작업을 위한 분말 소재가 적층되는 작업대;
상기 작업대 및 작업대 상부에 적층되는 분말 소재를 수용하는 출력용 베드; 및
상기 챔버 내측으로 연장되어, 상기 작업공간 내부로 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 공급장치;를 포함하는 3차원 프린터.
A chamber defining a work space;
A laser device for dissolving powder material;
An XY table moved in X and Y directions so that the laser is irradiated to a desired position on the laser device;
A work table placed on the XY table and stacked with a powder material for a molding operation;
An output bed for receiving the powder material to be stacked on the work table and the work table; And
And an inert gas supply device extending inwardly of the chamber to supply an inert gas into the work space.
상기 비활성 기체 공급장치는,
질소를 충진하는 충진부; 및
상기 충진부로부터 3차원 프린터의 챔버 내부까지 연장되어 비활성 기체를 공급하는 유로부; 를 포함하는 3차원 프린터.
The method according to claim 1,
The inert gas supply device includes:
A filling part for filling nitrogen; And
A flow path extending from the filling part to the inside of the chamber of the three-dimensional printer to supply an inert gas; Wherein the printer is a three-dimensional printer.
상기 유로부의 말단은 레이저 장치에서 공급되는 레이저가 조사되는 부분을 따라 이동하는 것인
3차원 프린터.
3. The method of claim 2,
And the end of the channel portion moves along a portion irradiated with the laser supplied from the laser device
Three-dimensional printer.
상기 유로부는 복수개의 말단으로 분지되는 형상인 것인
3차원 프린터.3. The method of claim 2,
And the flow path portion has a shape branched by a plurality of ends
Three-dimensional printer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020160082963A KR20180003312A (en) | 2016-06-30 | 2016-06-30 | Three-dimensional object |
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---|---|---|---|
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Family
ID=61000256
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20240006327A (en) | 2022-07-06 | 2024-01-15 | 한국기계연구원 | Impurity removal apparatus in gas, three dimension printer having them and gas control method using them |
-
2016
- 2016-06-30 KR KR1020160082963A patent/KR20180003312A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20240006327A (en) | 2022-07-06 | 2024-01-15 | 한국기계연구원 | Impurity removal apparatus in gas, three dimension printer having them and gas control method using them |
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