KR20190001752A - 후처리 일체형 3d 프린터 장치 - Google Patents

후처리 일체형 3d 프린터 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 후처리 일체형 3D 프린터 장치는, 금속 분말이 저장되어 있는 금속 분말 통; 3D 프린팅 가공이 수행되는 작업 선반; 상기 작업 선반의 하부에 연결되어, 미리 정해진 하나의 레이어에 해당하는 높이만큼 상기 작업 선반을 아래로 하강시키는 적층용 피스톤; 상기 금속 분말 통에 저장되어 있는 금속 분말 일부를 수평 방향으로 밀어서, 상기 작업 선반에 균일하게 도포하기 위한 리코터; 상기 리코터에 의해 상기 작업 선반에 하나의 레이어에 해당하는 금속 분말이 도포되면, 도포된 금속 분말에 선택적으로 소결용 레이저를 조사하여 소결하기 위한 소결용 레이저 모듈; 상기 소결용 레이저 모듈에 의해 소결된 부분에 존재하는 열 응력을 제거하기 위하여, 해당 부분에 후처리용 레이저를 조사하여 어닐링하기 위한 후처리용 레이저 모듈; 상기 소결용 레이저 모듈과 상기 후처리용 레이저 모듈에 의해 하나의 레이어에 대한 조형과 후처리가 완료되면, 상기 적층용 피스톤을 상기 하나의 레이어 높이만큼 아래로 하강시키고, 상기 작업 선반에 금속 분말이 균일하게 도포되도록 상기 리코터를 동작시키는 제어부를 포함한다.

Description

후처리 일체형 3D 프린터 장치 {3D printer apparatus integrated post processing unit}
본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PBF(Powder Bed Fusion) 방식의 3D 프린터에 관한 것이다.
3D 프린터는 2D 프린터가 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력된 도면을 바탕으로 3차원의 입체 출력물을 만들어내는 장치이다.
2D 프린터는 앞뒤(x축)와 좌우(y축) 방향으로 형상을 만들지만, 3D 프린터는 여기에 상하(z축) 방향을 더하여 입력된 3D 도면을 바탕으로 입체 물품을 만들어낸다. 3D 도면은 3D CAD(computer aided design)나 3D 모델링 프로그램 또는 3D 스캐너 등을 이용하여 제작한다.
이러한 3D 프린터는 지난 수년 사이에 오픈소스(RepRap 등)를 기반으로 급속히 발전하여 왔다. 불과 1~2년 사이에 국내에서도 3D 프린터를 데스크탑용으로 개발하여 대중화에 나서고 있으며, 인터넷 쇼핑몰 등을 통해 점차 폭넓게 확산 되어가고 있다.
금속 분말을 재료로 하는 3D 프린터 방식은 크게 PBF(Powder Bed Fusion) 방식과 DED(Direct Energy Deposition) 방식으로 구분할 수 있다.
도 1은 PBF 방식의 3D 프린터를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, PBF 방식의 3D 프린터는 일정 면적의 분말 베드(Powder bed)를 구비하며, 분말공급 장치로부터 공급되는 수~수십 ㎛의 분말층이 분말 베드에 깔리고, 레이저 또는 전자빔을 설계도면에 따라 선택적으로 분말층에 조사한 후, 한층씩 용융시켜 쌓아 올리는 방식이다. 이러한 PBF 방식은 비교적 정밀하고, 형상 자유도 구현에 유리한 장점이 있어서, 현재 금속 3D 프린팅 시장을 주도하고 있다.
도 2는 DED 방식의 3D 프린터를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, DED 방식의 3D 프린터는 보호가스 분위기에서 분말을 실시간으로 공급하고, 분말이 공급되는 즉시 고출력의 레이저를 조사하여 용융 및 적층하는 방식이다. 이러한 DED 방식은 기존 제품에 덧붙이는 가공이 가능하다는 장점이 있다.
보다 구체적으로, PBF 방식은 SLS(Selective Laser Sintering) 방식과 SLM(Selective Laser Melting) 방식으로 구분될 수 있다.
도 3은 SLS 방식의 3D 프린터를 보여주는 도면이고, 도 4는 SLM 방식의 3D 프린터를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, SLS 방식의 3D 프린터는 베드에 도포된 금속 분말에 선택적으로 레이저를 조사하여 소결하고, 다시 분말을 도포하는 공정을 반복하여 적층하는 방식이다. SLS 방식에서는 완전 용융(Melting)이 아닌 부분 소결(sintering)을 통해 일시적으로 결합체를 만들기 때문에, 가루 분말 사이 기공이 발생하여 표면 강도가 약한 단점이 존재한다.
그리고, 도 4를 참조하면, SLM 방식의 3D 프린터는 도포된 금속 분말에 선택적으로 고출력 레이저를 조사하여 용융시키는 방식으로 적층하는 기술이다. 최근 고출력 레이저 소스의 가격 하락으로 고융점 금속의 완전 용융(Melting)이 가능해졌기 때문에, 많은 금속 3D 프린팅 제조기업에서 SLM 기술을 채택하여 사용하고 있다.
이러한 3D 프린터를 이용한 물품 제조 공정에서, 레이저를 이용한 소결 작업 후 잔류 열 응력으로 인해 작업 대상물의 내구성이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 3D 프린터를 이용한 작업 대상물에 대해 열 응력을 제거하기 위한 후처리 공정이 필수적이다.
종래 3D 프린터 공정에서는 3D 대상물의 적층을 위한 설비와, 후처리를 위한 설비가 별도로 존재한다. 즉, 적층 작업 후에 별도의 후처리를 위한 챔버로 대상물을 이동시키고, 어닐링 등을 통해 열 응력을 제거하는 후처리 작업을 실시한다. 이에 따라 3D 대상물 적층 후 후처리 공정을 위한 설비로의 이송이 필요하여 최종 결과물 제조에 이르기까지 추가적인 물류라인이 필요하고 이송 공정이 복잡하다는 문제점이 있다. 그리고 이러한 후처리 공정에 많은 시간이 소요되고, 원가 상승 요인이 되고, 후처리를 위한 챔버로 대상물을 옮기는 과정에서 파생되는 여러가지 문제점과 불편함이 존재한다.
대한민국 등록특허 10-1653817
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단일 챔버(chamber) 내에서 소결 작업과 후처리 작업의 연속 공정을 통해 적층속도를 증가시키고, 3D 프린팅 공정을 단순화할 수 있는 후처리 일체형 3D 프린터 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 후처리 일체형 3D 프린터 장치는, 금속 분말이 저장되어 있는 금속 분말 통; 3D 프린팅 가공이 수행되는 작업 선반; 상기 작업 선반의 하부에 연결되어, 미리 정해진 하나의 레이어에 해당하는 높이만큼 상기 작업 선반을 아래로 하강시키는 적층용 피스톤; 상기 금속 분말 통에 저장되어 있는 금속 분말 일부를 수평 방향으로 밀어서, 상기 작업 선반에 균일하게 도포하기 위한 리코터; 상기 리코터에 의해 상기 작업 선반에 하나의 레이어에 해당하는 금속 분말이 도포되면, 도포된 금속 분말에 선택적으로 소결용 레이저를 조사하여 소결하기 위한 소결용 레이저 모듈; 상기 소결용 레이저 모듈에 의해 소결된 부분에 존재하는 열 응력을 제거하기 위하여, 해당 부분에 후처리용 레이저를 조사하여 어닐링하기 위한 후처리용 레이저 모듈; 상기 소결용 레이저 모듈과 상기 후처리용 레이저 모듈에 의해 하나의 레이어에 대한 조형과 후처리가 완료되면, 상기 적층용 피스톤을 상기 하나의 레이어 높이만큼 아래로 하강시키고, 상기 작업 선반에 금속 분말이 균일하게 도포되도록 상기 리코터를 동작시키는 제어부를 포함한다.
상기 소결용 레이저 모듈은, 소결용 레이저를 송출하기 위한 제1 레이저 소스; 및 상기 제1 레이저 소스로부터 송출된 레이저를 전달받아 상기 작업 선반 상에 도포된 금속 분말에 조사하기 위한 제1 스캐너를 포함하고, 상기 후처리용 레이저 모듈은, 후처리용 레이저를 송출하기 위한 제2 레이저 소스; 및 상기 제2 레이저 소스로부터 송출된 레이저를 전달받아 조사하기 위한 제2 스캐너를 포함한다.
상기 제1 스캐너와 상기 작업 선반 사이의 거리와 상기 제2 스캐너와 상기 작업 선반 사이의 거리는 서로 동일하거나 서로 다르게 설정될 수 있다.
상기 소결용 레이저 모듈은 상기 제1 스캐너와 상기 작업 선반 사이의 거리에 따른 초점 거리를 조절하기 위한 제1 초점 조절기 및 제1 초점 조절 렌즈 중 적어도 하나를 더 포함하고, 상기 후처리용 레이저 모듈은 상기 제2 스캐너와 상기 작업 선반 사이의 거리에 따른 초점 거리를 조절하기 위한 제2 초점 조절기 및 제2 초점 조절 렌즈 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 스캐너 및 상기 제2 스캐너 중 적어도 하나는 수직 방향을 기준으로 미리 정해진 각도만큼 경사각을 갖도록 기울어질 수 있는 구조일 수 있다.
상기 제1 스캐너가 수직 방향을 기준으로 미리 정해진 각도만큼 경사각을 갖도록 기울어질 수 있는 구조인 경우, 상기 제1 초점 조절기가 상기 제1 스캐너와 상기 작업 선반 사이의 거리에 따른 초점 거리를 조절하고, 상기 제2 스캐너가 수직 방향을 기준으로 미리 정해진 각도만큼 경사각을 갖도록 기울어질 수 있는 구조인 경우, 상기 제2 초점 조절기가 상기 제2 스캐너와 상기 작업 선반 사이의 거리에 따른 초점 거리를 조절할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 스캐너에서 상기 작업 선반에 조사되는 스팟 영역과, 상기 제2 스캐너에서 상기 작업 선반에 조사되는 스팟 영역이 서로 겹치는 중첩 영역의 크기가 미리 정해진 크기 이상이 되도록, 상기 제1 스캐너 및 상기 제2 스캐너 중 적어도 하나의 경사각을 조절할 수 있다.
상기 제어부는 상기 소결용 레이저 모듈을 통해 일부분에 대한 소결이 완료되면, 미리 정해진 시간 후에 상기 후처리용 레이저 모듈을 구동하여 소결된 부분에 대한 후처리 작업을 실시할 수 있다.
또는, 상기 제어부는 상기 소결용 레이저 모듈을 통해 일부분에 대한 소결이 완료되면, 상기 후처리용 레이저 모듈을 상기 소결용 레이저 모듈의 위치로 이동시키고, 이후 소결이 완료된 부분에 대한 후처리 작업을 실시할 수 있다.
또는, 상기 제어부는, 상기 소결용 레이저 모듈이 하나의 레이어 전체에 대한 소결을 완료하면, 해당 레이어 전체에 대한 어닐링 작업을 실시하도록 상기 후처리용 레이저 모듈을 구동시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 단일 챔버(chamber) 내에서 소결 작업과 후처리 작업의 연속 공정을 수행할 수 있는 후처리 일체형 3D 프린터 장치를 제공함으로써, 3D 대상물의 적층 속도를 증가시키고, 3D 프린팅 공정을 단순화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 레이저를 통한 적층과 함께 거의 동시에 잔류 열 응력을 제거함으로써, 3D 대상물의 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면 적층 작업과 후처리 작업을 함께 진행함으로써, 양산성을 증대시킬 수 있으며, 3D 프린터가 적용되는 산업 분야를 확대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 PBF 방식의 3D 프린터를 보여주는 도면이다.
도 2는 DED 방식의 3D 프린터를 보여주는 도면이다.
도 3은 SLS 방식의 3D 프린터를 보여주는 도면이다.
도 4는 SLM 방식의 3D 프린터를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 일체형 3D 프린터 장치를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 일체형 3D 프린터 장치의 레이저 모듈의 내부 구조를 보여주는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스캐너와 제2 스캐너를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스캐너와 제2 스캐너를 보여주는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 일체형 3D 프린터 장치를 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 후처리 일체형 3D 프린터 장치는 소결용 레이저 모듈(100), 후처리용 레이저 모듈(200), 이동 모듈(310), 금속 분말 통(320), 플레이트(330), 재료 공급용 피스톤(340), 작업 선반(360), 적층용 피스톤(370), 리코터(380, recoater)를 포함한다.
금속 분말 통(320)은 금속 분말(10)이 저장되어 있다.
플레이트(330)는 금속 분말 통(320)의 하부에서 금속 분말(10)을 지지하고 있다.
재료 공급용 피스톤(340)은 플레이트(330)의 하부에 연결되어, 미리 정해진 높이만큼 플레이트(330)를 위로 상승시키는 역할을 한다.
작업 선반(360)은 3D 프린팅 가공이 수행되는 평면을 제공한다.
적층용 피스톤(370)은 작업 선반(360)의 하부에 연결되어, 미리 정해진 하나의 레이어에 해당하는 높이만큼 작업 선반(360)을 아래로 하강시키는 역할을 한다.
리코터(380)는 재료 공급용 피스톤(340)에 의해 상기 금속 분말 통 위로 밀어 올려진 금속 분말을 수평 방향으로 밀어서, 작업 선반(340)에 균일하게 도포하는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에서 리코터(380)는 롤러(roller), 블레이드(blade), 파우더 스크래퍼(power scraper) 중 적어도 하나의 형태로 구현될 수 있다.
이동 모듈(310)은 제어부(미도시)의 제어에 따라 소결용 레이저 모듈(100)과 후처리용 레이저 모듈(200)을 이동시키는 역할을 한다.
소결용 레이저 모듈(100)은 리코터(380)에 의해 작업 선반(360)에 하나의 레이어에 해당하는 금속 분말이 도포되면, 도포된 금속 분말에 선택적으로 소결용 레이저를 조사하여 소결하는 역할을 한다.
후처리용 레이저 모듈(200)은 소결용 레이저 모듈(100)에 의해 소결된 부분에 존재하는 열 응력을 제거하기 위하여, 해당 부분에 후처리용 레이저를 조사하여 어닐링(annealing)하는 역할을 한다.
제어부(미도시)는 소결용 레이저 모듈(100)과 후처리용 레이저 모듈(200)에 의해 하나의 레이어에 대한 조형과 후처리가 완료되면, 적층용 피스톤(370)을 하나의 레이어 높이만큼 아래로 하강시키고, 재료 공급용 피스톤(340)에 의해 플레이트(330)를 위로 상승시켜서 작업 선반(360)에 새로운 금속 분말을 제공하도록 한다.
본 발명에서 소결용 레이저 모듈(100)과 후처리용 레이저 모듈(200)을 이용한 3D 프린팅 공정의 적층 공정과 후처리 공정은 다양한 방식으로 실시할 수 있으며, 본 발명에서는 몇 가지 실시예를 제안하고자 한다.
먼저, 본 발명의 제1 실시예에서 제어부는 소결용 레이저 모듈(100)을 통해 일부분에 대한 소결이 완료되면, 미리 정해진 시간 후에 후처리용 레이저 모듈(200)을 구동하여 소결된 부분에 대한 후처리 작업을 실시한다.
그리고, 본 발명의 제2 실시예에서 제어부는 소결용 레이저 모듈(100)을 통해 일부분에 대한 소결이 완료되면, 후처리용 레이저 모듈(200)을 소결용 레이저 모듈(100)의 위치로 이동시키고, 후처리용 레이저 모듈(200)을 구동하여 소결이 완료된 부분에 대한 후처리 작업을 실시한다.
그리고, 본 발명의 제3 실시예에서 제어부는 소결용 레이저 모듈(100)이 하나의 레이어 전체에 대한 소결을 완료하면, 이후 해당 레이어 전체에 대한 어닐링 작업을 실시하도록 후처리용 레이저 모듈(200)을 구동시키는 방식으로 진행한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 일체형 3D 프린터 장치의 레이저 모듈의 내부 구조를 보여주는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 소결용 레이저 모듈(100)은 제1 레이저 소스(110), 제1 초점 조절기(120), 제1 미러(mirror)(130), 제1 스캐너(140)를 포함한다.
제1 레이저 소스(110)는 소결용 레이저를 송출하는 역할을 한다.
제1 초점 조절기(120)는 제1 스캐너(140)와 작업 선반(360) 사이의 거리에 따른 초점 거리를 실시간으로 조절하는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에서 제1 초점 조절기(120)는 배리어스캔(VarioSCAN)으로 구현될 수 있다. 제1 스캐너(140)와 작업 선반(360) 사이의 거리에 따른 초점 거리는 제1 초점 조절 렌즈(150)에 의해 조절될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서 제1 초점 조절 렌즈(150)는 F-theta 렌즈로 구현될 수 있다.
제1 미러(130)는 제1 레이저 소스(110)에서 송출된 레이저 빔을 반사시켜서 제1 스캐너(140)에 전달하는 역할을 한다.
제1 스캐너(140)는 제1 레이저 소스(110)로부터 송출된 레이저를 전달받아 작업 선반(360) 상에 도포된 금속 분말에 조사하는 역할을 한다.
후처리용 레이저 모듈(200)은 제2 레이저 소스(210), 제2 초점 조절기(220), 제2 미러(230), 제2 스캐너(240)를 포함한다.
제2 레이저 소스(210)는 후처리용 레이저를 송출하는 역할을 한다.
제2 초점 조절기(220)는 제2 스캐너(240)와 작업 선반(360) 사이의 거리에 따른 초점 거리를 실시간으로 조절하는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에서 제2 초점 조절기(220)는 배리어스캔(VarioSCAN)으로 구현될 수 있다. 제2 스캐너(240)와 작업 선반(360) 사이의 거리에 따른 초점 거리는 제2 초점 조절 렌즈(250)에 의해 조절될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서 제2 초점 조절 렌즈(250)는 F-theta 렌즈로 구현될 수 있다.
제2 미러(230)는 제2 레이저 소스(210)에서 송출된 레이저 빔을 반사시켜서 제2 스캐너(240)에 전달하는 역할을 한다.
제2 스캐너(240)는 제2 레이저 소스(210)로부터 송출된 레이저를 전달받아, 작업 선반(360) 상의 소결된 부분에 조사하여 열 에너지를 전달하는 역할을 한다.
도 6에서는, 제1 스캐너(140)와 작업 선반(360) 사이의 거리와 제2 스캐너(240)와 작업 선반(360) 사이의 거리가 서로 다르게 도시되어 있으나, 양 거리는 서로 같을 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스캐너와 제2 스캐너를 보여주는 도면이다.
도 7에서, 제1 스캐너(140)에서 작업 선반(360)에 조사되는 스팟(spot) 영역과, 제2 스캐너(240)에서 작업 선반(360)에 조사되는 스팟 영역이 도시되어 있으며, 두 개의 스팟 영역이 서로 겹치는 중첩 영역(a)이 도시되어 있다. 실제로 이 중첩 영역(a)에서 3D 대상물이 성형되고 후처리가 수행된다.
본 발명에서 제1 스캐너(140)에서 조사되는 스팟 영역과 제2 스캐너(240)에서 조사되는 스팟 영역이 겹치는 영역인 중첩 영역(a)이 클수록 3D 성형과 후처리가 이루어지는 유효 작업 면적이 넓어지는 것이라고 볼 수 있으므로, 이러한 중첩 영역(a)의 크기가 넓어지도록 하는 것이 바람직하다.
도 7에 도시된 것과 같이 제1 스캐너(140)와 제2 스캐너(240)가 소정 경사각을 갖도록 기울어지지 않은 경우, 제1 초점 조절기(120) 또는 제1 초점 조절 렌즈(150)가 제1 스캐너(140)와 작업 선반(360) 사이의 거리에 따른 초점 거리를 조절한다. 그리고 제2 초점 조절기(220) 또는 제2 초점 조절 렌즈(250)가 제2 스캐너(240)와 작업 선반(360) 사이의 거리에 따른 초점 거리를 조절한다.
이에 따라, 본 발명에서는 제1 스캐너(140) 또는 제2 스캐너(240)에 틸트(tilt) 구조를 적용하여, 제1 스캐너(140) 또는 제2 스캐너(240)가 수직 방향을 기준으로 미리 정해진 각도만큼 경사각을 갖도록 기울어질 수 있는 구조를 제안한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스캐너와 제2 스캐너를 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 제2 스캐너(240)가 일정 경사각만큼 기울어져 있다. 예를 들어, 제2 스캐너(240)는 0~7°만큼 기울기가 조절될 수 있다. 본 실시예에서는 제2 스캐너(240)가 기울어져 있는 경우를 예시하였지만, 제1 스캐너(140)가 기울어져 있을 수도 있다.
도 8에서 제1 스캐너(140)와 제2 스캐너(240)의 스팟 영역이 겹쳐지는 영역인 중첩 영역(b)이 도시되어 있다. 이때, 제2 스캐너(240)의 기울기에 의해, 작업 선반(360)의 표면인 c부분과 d부분에 도달하는 레이저 파워가 달라질 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 제2 초점 조절기(220)에서 초점 거리를 조절한다. 다시 말해서, 제2 초점 조절기(220)에서 초점 거리를 조절하여 c부분과 d부분에 도달하는 레이저 파워(laser power)가 동일하거나 유사하게 되도록 하거나, 제2 초점 조절기(220)에서 초점 거리를 조절하여 c부분과 d부분의 스팟 사이즈(spot size)가 동일하거나 유사하게 되도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서 제어부는 제1 스캐너(140)에서 작업 선반(360)에 조사되는 스팟 영역과, 제2 스캐너(240)에서 작업 선반(360)에 조사되는 스팟 영역이 서로 겹치는 중첩 영역의 크기가 미리 정해진 크기 이상이 되도록, 제2 스캐너(240)의 경사각을 조절할 수 있다.
도 8에 도시된 것과 같이 제1 스캐너(140) 또는 제2 스캐너(240)가 소정 경사각을 갖도록 기울어져 있는 경우, 제1 초점 조절기(120)가 제1 스캐너(140)와 작업 선반(360) 사이의 거리에 따른 초점 거리를 조절한다. 그리고 제2 초점 조절기(220)가 제2 스캐너(240)와 작업 선반(360) 사이의 거리에 따른 초점 거리를 조절한다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
100 소결용 레이저 모듈 200 후처리용 레이저 모듈
310 이동 모듈 320 금속 분말 통
330 플레이트 340 재료 공급용 피스톤
360 작업 선반 370 적층용 피스톤
380 리코터 110 제1 레이저 소스
120 제1 초점 조절기 130 제1 미러
140 제1 스캐너 210 제2 레이저 소스
220 제2 초점 조절기 230 제2 미러
240 제2 스캐너

Claims (10)

  1. 금속 분말이 저장되어 있는 금속 분말 통;
    3D 프린팅 가공이 수행되는 작업 선반;
    상기 작업 선반의 하부에 연결되어, 미리 정해진 하나의 레이어에 해당하는 높이만큼 상기 작업 선반을 아래로 하강시키는 적층용 피스톤;
    상기 금속 분말 통에 저장되어 있는 금속 분말 일부를 수평 방향으로 밀어서, 상기 작업 선반에 균일하게 도포하기 위한 리코터;
    상기 리코터에 의해 상기 작업 선반에 하나의 레이어에 해당하는 금속 분말이 도포되면, 도포된 금속 분말에 선택적으로 소결용 레이저를 조사하여 소결하기 위한 소결용 레이저 모듈;
    상기 소결용 레이저 모듈에 의해 소결된 부분에 존재하는 열 응력을 제거하기 위하여, 해당 부분에 후처리용 레이저를 조사하여 어닐링하기 위한 후처리용 레이저 모듈;
    상기 소결용 레이저 모듈과 상기 후처리용 레이저 모듈에 의해 하나의 레이어에 대한 조형과 후처리가 완료되면, 상기 적층용 피스톤을 상기 하나의 레이어 높이만큼 아래로 하강시키고, 상기 작업 선반에 금속 분말이 균일하게 도포되도록 상기 리코터를 동작시키는 제어부를 포함하는 후처리 일체형 3D 프린터 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소결용 레이저 모듈은,
    소결용 레이저를 송출하기 위한 제1 레이저 소스; 및
    상기 제1 레이저 소스로부터 송출된 레이저를 전달받아 상기 작업 선반 상에 도포된 금속 분말에 조사하기 위한 제1 스캐너를 포함하고,
    상기 후처리용 레이저 모듈은,
    후처리용 레이저를 송출하기 위한 제2 레이저 소스; 및
    상기 제2 레이저 소스로부터 송출된 레이저를 전달받아 조사하기 위한 제2 스캐너를 포함하는 것을 특징으로 하는 후처리 일체형 3D 프린터 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 스캐너와 상기 작업 선반 사이의 거리와 상기 제2 스캐너와 상기 작업 선반 사이의 거리는 서로 동일하거나 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 후처리 일체형 3D 프린터 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 소결용 레이저 모듈은 상기 제1 스캐너와 상기 작업 선반 사이의 거리에 따른 초점 거리를 조절하기 위한 제1 초점 조절기 및 제1 초점 조절 렌즈 중 적어도 하나를 더 포함하고,
    상기 후처리용 레이저 모듈은 상기 제2 스캐너와 상기 작업 선반 사이의 거리에 따른 초점 거리를 조절하기 위한 제2 초점 조절기 및 제2 초점 조절 렌즈 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 후처리 일체형 3D 프린터 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 스캐너 및 상기 제2 스캐너 중 적어도 하나는 수직 방향을 기준으로 미리 정해진 각도만큼 경사각을 갖도록 기울어질 수 있는 구조인 것을 특징으로 하는 후처리 일체형 3D 프린터 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 스캐너가 수직 방향을 기준으로 미리 정해진 각도만큼 경사각을 갖도록 기울어질 수 있는 구조인 경우, 상기 제1 초점 조절기가 상기 제1 스캐너와 상기 작업 선반 사이의 거리에 따른 초점 거리를 조절하고,
    상기 제2 스캐너가 수직 방향을 기준으로 미리 정해진 각도만큼 경사각을 갖도록 기울어질 수 있는 구조인 경우, 상기 제2 초점 조절기가 상기 제2 스캐너와 상기 작업 선반 사이의 거리에 따른 초점 거리를 조절하는 것을 특징으로 하는 후처리 일체형 3D 프린터 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 스캐너에서 상기 작업 선반에 조사되는 스팟 영역과, 상기 제2 스캐너에서 상기 작업 선반에 조사되는 스팟 영역이 서로 겹치는 중첩 영역의 크기가 미리 정해진 크기 이상이 되도록, 상기 제1 스캐너 및 상기 제2 스캐너 중 적어도 하나의 경사각을 조절하는 것을 특징으로 하는 후처리 일체형 3D 프린터 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 소결용 레이저 모듈을 통해 일부분에 대한 소결이 완료되면, 미리 정해진 시간 후에 상기 후처리용 레이저 모듈을 구동하여 소결된 부분에 대한 후처리 작업을 실시하는 것을 특징으로 하는 후처리 일체형 3D 프린터 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 소결용 레이저 모듈을 통해 일부분에 대한 소결이 완료되면, 상기 후처리용 레이저 모듈을 상기 소결용 레이저 모듈의 위치로 이동시키고, 이후 소결이 완료된 부분에 대한 후처리 작업을 실시하는 것을 특징으로 하는 후처리 일체형 3D 프린터 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 소결용 레이저 모듈이 하나의 레이어 전체에 대한 소결을 완료하면, 해당 레이어 전체에 대한 어닐링 작업을 실시하도록 상기 후처리용 레이저 모듈을 구동시키는 것을 특징으로 하는 후처리 일체형 3D 프린터 장치.
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