KR20180003336A

KR20180003336A - 3차원 프린터

Info

Publication number: KR20180003336A
Application number: KR1020160083023A
Authority: KR
Inventors: 주승환; 야쯔; 임승필; 마사히데 다카다
Original assignee: (주)센트롤
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2018-01-09
Also published as: KR101871579B1

Abstract

본 발명에 의하면, 작업공간을 형성하는 챔버; 챔버 내측에 형성되어, 분말소재를 녹여주는 레이저 장치; 상기 레이저 장치에 레이저가 원하는 위치에 조사되도록 XY 방향으로 이동되는 XY 테이블; 분말소재가 적층 조형되는 작업대; 상기 작업대 주변을 둘러싸고, 작업대가 수용되는 케이싱; 및 불필요한 분말소재들을 회수하는 회수장치; 를 포함하는 3차원 프린터가 제공된다.

Description

3차원 프린터{THREE-DIMENSIONAL OBJECT}

본 발명은 3차원 조형물 제작을 위한, 3차원 프린터에 관한 것이다.]

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.

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 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.

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.

이와 같은, 3차원 프린터는 분말소재를 레이저로 통해 작업대에 적층할 때, 작업대와 케이싱의 사이 틈으로 분말가루가 유입된다. 이렇게 유입된 분말가루는 챔버 내부에 가루가 날릴 뿐만 아니라, 날리는 분말가루와, 뭉처진 분말가루를 정기적으로 청소 해서 깨끗함을 유지해야하는 번거러움이 생기는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 불필요한 분말가루를 회수하는 3차원 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 작업공간을 형성하는 챔버; 챔버 내측에 형성되어, 분말소재를 녹여주는 레이저 장치; 상기 레이저 장치에 레이저가 원하는 위치에 조사되도록 XY 방향으로 이동되는 XY 테이블; 분말소재가 적층 조형되는 작업대; 상기 작업대 주변을 둘러싸고, 작업대가 수용되는 케이싱; 및

불필요한 분말소재들을 회수하는 회수장치; 를 포함한다.

상기 회수장치는, 상기 케이싱 내측벽에 설치되어, 베드의 일측 틈으로 불필요한 분말소재의 분말가루들이 낙하되도록 슬라이딩 유도하는 낙하유로와, 상기 낙하유로에서 낙하되는 분말소재의 가루들을 케이싱 외부로 배출시키는 배출부와, 상기 배출부 하방에 이격되게 설치되어, 낙하되는 분말가루들을 회수하는 회수케이스를 포함하고, 상기 낙하유로는 하나 또는 복수개로 설치될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 3차원 프린터에 의하면, 불필요한 분말가루를 회수하기 때문에, 날리는 분말가루와, 뭉처진 분말가루를 정기적으로 청소하는 번거로움을 해소하는 효과를 갖는다.

또한, 분말소재의 날림현상에 의해 레이저 초점의 오류가 발생되는 방지하는 효과를 갖는다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린터를 나타낸 도면,
도 2 는 도 1에 도시된 3차원 프린터에 회사장치를 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.

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

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 프린터는 챔버(100)와, 레이저 장치(200)와, XY 테이블(300)과, 작업대(400)와, 케이싱(500) 및 회수장치(600)를 포함하여 이루어진다.

챔버(100)는 작업공간을 형성한다.

레이저 장치(200)는, 챔버(100) 내에 위치하고, 레이저 발생기(210) 및 반사경(221)을 포함하는 인쇄헤드(220)로 이루어진다.

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.

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.

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.

작업대(400)는, 하측에 형성되는 피스톤(410)을 이용해 Z축 방향으로 수직 이동할 수 있도록 설치된다. 또한 작업대(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 작업대(400)에는 온도를 높여주기 위한 히터 및 히터의 온도를 조절하기 위한 제어장치(미도시)가 설치될 수 있다. 히터로는 할로켄 히터가 사용될 수 있으며, 제어장치는 히터의 온도를 제어하여 작업대(400)가 정확한 온도로 가열될 수 있도록 한다.

회수장치(600)는, 작업대와 케이싱(500) 사이 틈에 유입되는 불필요한 분말소재들을 회수한다. 이를 위해, 회수장치(600)는 낙하유로(610)와, 배출부(620)와, 회수케이스(630)를 포함할 수 있다. 여기서 낙하유로(610)는, 케이싱(500) 내측벽에 설치되어, 작업대의 일측 틈으로 불필요한 분말소재의 분말가루들을 슬라이딩 낙하되도록 유도할 수 있다. 이러한 낙하유로(610)는 하나 또는 복수개로 설치될 수 있다.

그리고 배출부(620)는 낙하유로(610)에서 낙하되는 분말소재의 가루들을 케이싱(500) 외부로 배출시키도록, 한 방향 즉 한 곳으로, 모을 수 있도록, 케이싱(500) 중앙에 배치될 수 있다. 그리고 회수케이스(630)는 배출부(620)에서 하방에 설치되어, 낙하되는 분말가루들을 회수할 수 있다.

한편, 도시된 바와 같이, 낙하유로(610)와, 배출부(620) 및 회수케이스(630)의 위치와 개수는 하나의 예시일 뿐, 낙하유로(610)의 위치 및 개수는 변경될 수 있고, 배출부(620)는 낙하유로(610)에 위치에 따라 변경될 수 있으며, 회수케이스(630)는 배출부(620)의 위치에 따라 변경될 수 있다. 더불어, 낙하유로(610)에 따라 각각 회수케이스(630)가 하방에 위치할 수 있다. 이렇게 각각 낙하유로(610) 하방에 회수케이스(630)가 배치될 때는, 배출부(620)가 설치되지 않아도 된다.

이와 같이, 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.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 프린터에 의하면, 불필요한 분말가루를 회수하기 때문에, 날리는 분말가루와, 뭉처진 분말가루를 정기적으로 청소하는 번거로움을 해소하는 효과를 갖는다.

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 : 챔버
200 : 레이저 장치
210 : 레이저 발생기
220 : 인쇄헤드
221 : 반사경
300 : XY 테이블
400 : 작업대
410 : 피스톤
500 : 케이싱
600 : 회수장치
610 : 낙하유로
620 : 배출부
630 : 회수케이스

Claims

작업공간을 형성하는 챔버;
챔버 내측에 형성되어, 분말소재를 녹여주는 레이저 장치;
상기 레이저 장치에 레이저가 원하는 위치에 조사되도록 XY 방향으로 이동되는 XY 테이블;
분말소재가 적층 조형되는 작업대;
상기 작업대 주변을 둘러싸고, 작업대가 수용되는 케이싱; 및
불필요한 분말소재들을 회수하는 회수장치; 를 포함하는 3차원 프린터.
제 1 항에 있어서,
상기 회수장치는,
상기 케이싱 내측벽에 설치되어, 베드의 일측 틈으로 불필요한 분말소재의 분말가루들이 낙하되도록 슬라이딩 유도하는 낙하유로와,
상기 낙하유로에서 낙하되는 분말소재의 가루들을 케이싱 외부로 배출시키는 배출부와,
상기 배출부 하방에 이격되게 설치되어, 낙하되는 분말가루들을 회수하는 회수케이스를 포함하고,
상기 낙하유로는 하나 또는 복수개로 설치되는 3차원 프린터.