KR20190012612A - 3D metal printing system - Google Patents

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KR20190012612A KR1020170095864A KR20170095864A KR20190012612A KR 20190012612 A KR20190012612 A KR 20190012612A KR 1020170095864 A KR1020170095864 A KR 1020170095864A KR 20170095864 A KR20170095864 A KR 20170095864A KR 20190012612 A KR20190012612 A KR 20190012612A
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Abstract

The present invention relates to a three-dimensional metal printing system and, more specifically, to a three-dimensional metal printing system, easily separating three-dimensional metal structure formed on a stage from the stage. According to the present invention, the three-dimensional metal printing system comprises: a nozzle unit dissolving a metal material; the stage in which a three-dimensional structure is formed as the metal material dissolved by the nozzle unit is laminated; an arc welding module supplying currents with different polarities to the nozzle unit and the stage; and a control unit converting polarity of a current connected to the nozzle unit and the stage to control depth of penetration of the stage.

Description

3차원 금속 프린팅 시스템{3D metal printing system}3D metal printing system < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 3차원 금속 프린팅 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테이지에 형성된 금속재 3차원 구조물을 스테이지로부터 쉽게 분리할 수 있는 3차원 금속 프린팅 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional metal printing system, and more particularly, to a three-dimensional metal printing system capable of easily separating a three-dimensional metal structure formed on a stage from a stage.

일반적으로 3차원화된 모델링 파일을 3차원 공간 안에서 실제 사물을 만들어낼 수 있는 시스템을 3D프린팅 시스템이라고 한다.Generally, 3D printing system is a system that can create real objects in 3D space.

이 중 잉크젯프린트 방식은 UV경화 수지계열을 프린팅하고 UV를 조사하여 경화시키면서 모형의 단면을 세분화시켜 인쇄 적층하는 방식으로 어떤 모형이든지 만들어 낼 수 있다. 이러한 3D 프린팅 시스템에는 일반적으로 플라스틱의 대표격인 ABS 소재가 사용되고 있다.Among them, the inkjet printing method can produce any model by printing UV curing resin series and irradiating UV to cure, while subdividing the cross section of the mold to print laminate. In this 3D printing system, ABS material, which is a representative of plastic, is generally used.

3D 프린터의 출력방식은 크게 미세한 소재를 분사하는 방식과 순간적으로 고열로 잉크를 분사하는 방식 등이 있으며, 이러한 3D 프린터는 비교적 작은 모형을 만들 수 있으며 사용되는 소재가 극히 제한적이다.The output method of a 3D printer is largely classified into a method of jetting a fine material and a method of jetting ink at a high speed instantaneously. Such a 3D printer can make a relatively small model, and the material to be used is extremely limited.

상기와 같은 3D 프린터는 산업 현장이나 생활 속에서 필요한 제품을 쉽게 만들 수 있도록 사용화되어 효과적으로 사용할 수 있으나, 사용되는 소재가 플라스틱 등으로 제한적이다.The 3D printer described above can be effectively used as it is used in an industrial field or in daily life to easily produce necessary products, but the materials used are limited to plastics and the like.

한편, 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0117105호에는 스테이지 상에 융해된 와이어 형태의 금속 재료를 적층함으로써 3차원 물체를 성형하는 아크용접을 이용한 3D 프린터가 개시되어 있다. 도 1은 종래의 아크용접을 이용한 3D 프린터를 나타낸 사시도이다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0117105 discloses a 3D printer using arc welding for forming a three-dimensional object by laminating metal materials in the form of a wire melted on a stage. 1 is a perspective view showing a conventional 3D printer using arc welding.

종래의 아크용접을 이용한 3D 프린터는 아크용접을 이용하여 스테이지 상에 3차원 물체를 성형할 수 있으며, 스테이지를 포함하는 스테이지 모듈 및 상기 스테이지 상부에 위치하여 와이어 형태의 금속 재료를 융해시키는 용접토치를 포함하는 아크용접부로 이루어진다. 그리고 상기 용접토치는 융해된 와이어 형태의 금속 재료가 스테이지 상에 적층되어 3차원 물체가 형성되도록 X축, Y축, Z축으로 직선운동한다.A conventional 3D printer using arc welding can form a three-dimensional object on a stage by using arc welding. The 3D printer includes a stage module including a stage and a welding torch which is located above the stage and melts a wire- Welded joints. The welding torch is linearly moved along the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis so that the melted wire-shaped metal material is stacked on the stage to form a three-dimensional object.

또한, 종래의 아크용접을 이용한 3D 프린터는 아크 용접기에 전원을 공급하는 전원공급부 및 아크 용접기의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 아크 용접기에 제공되는 전력의 세기 등을 제어할 수 있다.In addition, the conventional 3D printer using arc welding includes a power supply unit for supplying power to the arc welding machine and a control unit for controlling the operation of the arc welding machine, and the control unit can control the strength of power supplied to the arc welding machine .

그러나 종래의 아크용접을 이용한 3D 프린터는 용접 방식으로 스테이지에 3차원 물체를 성형함으로써 용접에 의해 스테이지에 부착된 3차원 물체를 스테이지로부터 분리하기 어려운 문제점이 있다.However, in the conventional 3D printer using arc welding, it is difficult to separate the three-dimensional object attached to the stage from the stage by welding by forming a three-dimensional object on the stage by a welding method.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스테이지에 형성된 금속재 3차원 구조물을 스테이지로부터 쉽게 분리할 수 있는 3차원 금속 프린팅 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a three-dimensional metal printing system capable of easily separating a three-dimensional metal structure formed on a stage from a stage.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 3차원 금속 프린팅 시스템은, 금속 재료를 융해시키는 노즐부; 상기 노즐부에 의해 융해된 금속 재료가 적층되어 3차원 구조물이 형성되는 스테이지; 상기 노즐부와 스테이지에 서로 다른 극성의 전류를 공급하는 아크용접모듈; 및 상기 노즐부와 스테이지에 연결되는 전류의 극성을 변환시켜 상기 스테이지의 용입 깊이를 조절하는 제어부를 포함하여 이루어진다.According to an aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional metal printing system including: a nozzle unit for melting a metal material; A stage in which the metal material melted by the nozzle unit is laminated to form a three-dimensional structure; An arc welding module for supplying currents of different polarities to the nozzle unit and the stage; And a control unit for controlling the penetration depth of the stage by converting the polarity of the current connected to the nozzle unit and the stage.

그리고 상기 스테이지에 (-)극성의 전류가 연결되고 상기 노즐부에 (+)극성의 전류가 연결되는 직류 역극성일 때는, 상기 스테이지에 (+)극성의 전류가 연결되고 상기 노즐부에 (-)극성의 전류가 연결되는 직류 정극성일 때보다 상기 스테이지의 용입 깊이가 얕다.(+) Polarity is connected to the stage and a positive polarity current is connected to the nozzle unit, a (+) polarity current is connected to the stage and a (- ) Penetration depth of the stage is shallower than that of the DC positive polarity to which the polarity current is connected.

또한, 본 발명의 3차원 금속 프린팅 시스템은 상기 3차원 구조물의 설계정보가 입력 및 저장되는 메모리부를 더 포함하고, 상기 노즐부는 상기 설계정보에 따라 상기 스테이지 상부에서 이동하며, 상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 면적이 미리 설정된 기준면적 이하이면 상기 노즐부와 스테이지에 상기 직류 역극성 전류를 연결한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional metal printing system including a memory unit in which design information of a three-dimensional structure is input and stored, wherein the nozzle unit moves at an upper portion of the stage according to the design information, The DC reverse polarity current is connected to the nozzle unit and the stage when the lowermost end surface area of the three-dimensional structure is less than a predetermined reference area.

그리고 상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 면적이 상기 기준면적을 초과하면 상기 노즐부와 스테이지에 상기 직류 정극성 전류와 직류 역극성 전류를 번갈아 연결하고, 상기 직류 역극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리는 상기 직류 정극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리보다 길다.If the lowest area of the three-dimensional structure exceeds the reference area according to the design information, the control unit alternately connects the DC positive polarity current and the DC polarity current to the nozzle unit and the stage, The distance that the nozzle moves is longer than the distance that the nozzle moves when the direct current is positive.

그리고 상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 형상이 복수의 모서리를 갖는 다각형이면, 상기 노즐부가 상기 3차원 구조물의 최하단 중 상기 모서리를 성형할 때 상기 직류 정극성 전류를 연결하고, 상기 노즐부가 상기 3차원 구조물의 최하단 중 나머지 부분을 성형할 때 상기 직류 역극성 전류를 연결한다.The controller may connect the DC positive polarity current when the nozzle forms the edge of the lowermost end of the three-dimensional structure, if the lowermost shape of the three-dimensional structure is a polygon having a plurality of edges according to the design information, The nozzle unit connects the DC reverse polarity current when forming the remaining lowermost portion of the three-dimensional structure.

그리고 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 형상이 곡선으로 이루어지면 상기 직류 역극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리는 상기 직류 정극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리의 10배이다.If the shape of the lowermost end of the three-dimensional structure is curved according to the design information, the distance that the nozzle moves when the direct current polarity is opposite is 10 times the distance that the nozzle moves when the direct current is positive.

그리고 상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단이 외측부와 상기 외측부의 내부를 채우는 내측부로 이루어질 경우, 상기 노즐부가 상기 외측부를 성형할 때 상기 노즐부와 스테이지에 상기 직류 정극성 전류와 직류 역극성 전류를 번갈아 연결하고, 상기 노즐부가 상기 내측부를 성형할 때 상기 직류 역극성 전류를 연결한다.The control unit controls the nozzle unit and the stage in such a manner that when the nozzle unit forms the outer side portion, the DC positive polarity current and the direct current polarity current are applied to the nozzle unit and the stage, respectively, when the lowermost end of the three-dimensional structure is made up of the outer side and the inner side, Polarity currents alternately, and connects the DC reverse polarity current when the nozzle unit forms the inner side portion.

그리고 상기 기준면적은 100㎟이고, 상기 직류정극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리는 3㎜이상이다.The reference area is 100 mm < 2 >, and the distance through which the nozzle moves when the direct current is positive is 3 mm or more.

본 발명의 3차원 금속 프린팅 시스템은 스테이지에 형성되는 다양한 형상의 금속재 3차원 구조물을 스테이지로부터 쉽게 분리할 수 있다.The three-dimensional metal printing system of the present invention can easily separate various shapes of metal three-dimensional structures formed on a stage from a stage.

도 1은 종래의 아크용접을 이용한 3D 프린터를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속 프린팅 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 및 스테이지에 성형되는 3차원 구조물의 최하단 면적을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 직류 정극성과 직류 역극성이 번갈아 변환되면서 3차원 구조물의 최하단이 성형되는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 최하단 형상이 다각형인 경우 3차원 구조물의 성형방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 최하단 형상이 외측부와 내측부로 구분되는 3차원 구조물의 성형방법을 설명하기 위한 도면.1 is a perspective view of a conventional 3D printer using arc welding;
Figure 2 schematically illustrates the structure of a three-dimensional metal printing system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a bottom surface area of a three-dimensional structure to be formed on a stage and a stage according to an embodiment of the present invention;
4 is a diagram for explaining a method in which a low-order end of a three-dimensional structure is formed while alternating between a DC positive polarity and a DC reverse polarity according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a method of forming a three-dimensional structure when the lowermost shape is polygonal according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a molding method of a three-dimensional structure in which a bottom shape is divided into an outer portion and an inner portion according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속 프린팅 시스템은 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 스테이지(10), 노즐부(20), 가스공급부(30), 아크용접모듈(40), 전류변환기(50), 와이어 송급기(60), 메모리부(미도시) 및 제어부(미도시)로 이루어진다.2 to 6, a three-dimensional metal printing system according to an embodiment of the present invention includes a stage 10, a nozzle unit 20, a gas supply unit 30, an arc welding module 40, A wire feeder 60, a memory unit (not shown), and a control unit (not shown).

스테이지(10)는 융해된 금속 재료가 적층되어 3차원 구조물이 형성되는 공간이다. 스테이지(10)에는 용접에 의해 3차원 구조물의 최하단(L1)이 부착되며, 스테이지(10)에 용융 금속이 용입되는 깊이는 전류 제어 조건에 따라 달라질 수 있다.The stage 10 is a space in which molten metal materials are laminated to form a three-dimensional structure. The lowermost end (L1) of the three-dimensional structure is attached to the stage 10 by welding, and the depth at which the molten metal is injected into the stage 10 may vary depending on current control conditions.

노즐부(20)는 스테이지(10)의 상부에서 이동하며 금속 재료를 융해시켜 스테이지(10) 상부에 3차원 구조물을 형성한다. 이러한 노즐부(20)는 금속 재료인 와이어(W)를 공급하는 와이어 공급부와 와이어(W)를 융해시키는 용접토치를 포함한다.The nozzle portion 20 moves on the top of the stage 10 and melts the metal material to form a three-dimensional structure on the stage 10. The nozzle unit 20 includes a wire supplying unit for supplying a wire W, which is a metal material, and a welding torch for melting the wire W.

한편, 본 발명의 다양한 실시예에 따라 노즐부(20)가 고정되고 스테이지(10)가 노즐부(20)의 하부에서 이동할 수도 있다.Meanwhile, according to various embodiments of the present invention, the nozzle unit 20 may be fixed and the stage 10 may be moved under the nozzle unit 20.

가스공급부(30)는 아크용접을 실시하기 위하여 노즐부(20)로 아르곤(Ar) 가스 및 이산화탄소를 공급한다.The gas supply unit 30 supplies argon (Ar) gas and carbon dioxide to the nozzle unit 20 to perform arc welding.

아크용접모듈(40)은 노즐부(20)와 스테이지(10)에 서로 다른 극성의 전류를 공급한다.The arc welding module 40 supplies currents of different polarities to the nozzle unit 20 and the stage 10. [

구체적으로 스테이지(10)에 (+)극성의 전류가 연결되고 노즐부(20)에 (-)극성의 전류가 연결되는 직류 정극성(S)과 스테이지(10)에 (-)극성의 전류가 연결되고 노즐부(20)에 (+)극성의 전류가 연결되는 직류 역극성(R)으로 구분할 수 있으며, 직류 역극성(R)일 때는 직류 정극성(S)일 때보다 상기 스테이지(10)의 용입 깊이가 얕다. 이에 따라 3차원 구조물의 최하단(L1)을 성형할 때 스테이지(10)와 노즐부(20)에 직류 역극성(R)이 연결되면 스테이지(10)의 용입 깊이가 얕아지기 때문에 직류 정극성(S)이 연결되어 3차원 구조물의 최하단(L1)을 성형할 때보다 3차원 구조물을 스테이지(10)로부터 분리하기 용이하다.Specifically, the DC positive polarity S and the negative polarity polarity are connected to the stage 10 and the nozzle unit 20, respectively. Polarity (R) polarity (R) connected to the nozzle unit 20 and a positive polarity (R) polarity is connected to the nozzle unit 20. When the direct current polarity (R) Lt; / RTI > Accordingly, when the direct current reverse polarity R is connected to the stage 10 and the nozzle unit 20 at the time of forming the lowermost end L1 of the three-dimensional structure, the penetration depth of the stage 10 becomes shallow, Dimensional structure is more easily separated from the stage 10 than when the lowermost end L1 of the three-dimensional structure is formed.

전류변환기(50)는 노즐부(20)와 아크용접모듈(40) 사이에서 스테이지(10)와 노즐부(20)에 연결되는 전류의 극성을 변환시킨다. 즉 스테이지(10)와 노즐부(20)에 연결되는 전류의 직류 정극성(S) 및 직류 역극성(R)을 변환시킨다. 이러한 전류변환기(50)는 제어부에 의해 작동된다.Current converter 50 converts the polarity of the electric current that is connected between the nozzle unit 20 and the arc welding module 40 and connected to the stage 10 and the nozzle unit 20. The direct current polarity S and the direct current polarity R of the current connected to the stage 10 and the nozzle unit 20 are changed. This current converter 50 is operated by the control unit.

와이어 송급기(60)는 노즐부(20)에 포함되어 있는 와이어 공급부로 와이어(W)를 전달한다.The wire feeder 60 transfers the wire W to a wire feeder included in the nozzle unit 20.

메모리부는 스테이지(10)에 성형할 3차원 구조물의 설계정보가 입력 및 저장된다.The memory unit inputs and stores design information of a three-dimensional structure to be formed on the stage 10. [

제어부는 스테이지(10)와 노즐부(20)에 연결되는 전류의 극성을 변환시켜 스테이지(10)의 용입 깊이를 조절한다. 즉 제어부는 전류변환기(50)를 작동시켜 스테이지(10)와 노즐부(20)에 연결되는 전류의 극성(직류 정극성(S), 직류 역극성(R))이 변환되도록 한다.The controller controls the penetration depth of the stage 10 by changing the polarity of the current connected to the stage 10 and the nozzle unit 20. That is, the control unit operates the current converter 50 to change the polarities (DC positive polarity S and DC polarity R) of the current connected to the stage 10 and the nozzle unit 20.

먼저, 메모리부에 입력 및 저장된 설계정보에 따라 도 3에 도시된 바와 같은 3차원 구조물의 최하단 면적(A)이 미리 설정된 기준면적 이하이면 스테이지(10)와 노즐부(20)에 직류 역극성(R) 전류를 연결한다. 본 실시예에서 기준면적은 100㎟로 설정하였다. 3차원 구조물의 최하단 면적 즉 스테이지(10)의 상면을 덮는 면적이 100㎟이하일 경우에는 설계구조상 스테이지(10)와의 강한 결합력이 필요하지 않기 때문에 스테이지(10)와 노즐부(20)에 직류 역극성(R) 전류를 연결하여 스테이지(10)에 3차원 구조물을 성형한 후 분리하기 용이하도록 하였다. 즉 직류 역극성(R)에 의한 3차원 구조물의 최하단(L1)과 스테이지(10)와의 결합력만으로도 3차원 구조물이 안정적으로 지지되도록 할 수 있다.If the lowest area A of the three-dimensional structure as shown in FIG. 3 is less than a preset reference area according to the design information input to and stored in the memory unit, R) current. In this embodiment, the reference area is set to 100 mm < 2 >. When the bottom surface area of the three-dimensional structure, that is, the area covering the upper surface of the stage 10 is 100 mm2 or less, strong coupling force with the stage 10 is not required in the design structure, (R) current is connected to form a three-dimensional structure on the stage 10 so that it can be easily separated. That is, the three-dimensional structure can be stably supported only by the bonding force between the lowermost end (L1) of the three-dimensional structure and the stage 10 by the DC reverse polarity (R).

한편, 스테이지(10)를 덮는 3차원 구조물의 최하단 면적(A)이 기준면적인 100㎟를 초과할 경우 설계구조상 3차원 구조물의 크기를 더 크게 성형할 수 있기 때문에 스테이지(10)에 성형되는 3차원 구조물이 안정적으로 지지되도록 하면서 3차원 구조물의 성형 후 스테이지(10)로부터 쉽게 분리되도록 할 필요가 있다.On the other hand, when the bottom-most area A of the three-dimensional structure covering the stage 10 exceeds 100 mm 2, which is the reference area, the size of the three- It is necessary to easily separate the three-dimensional structure from the stage 10 after molding of the three-dimensional structure while stably supporting the three-dimensional structure.

이에 따라 제어부는 설계정보에 따라 3차원 구조물의 최하단 면적(A)이 기준면적을 초과하면 도 4에 도시된 바와 같이 스테이지(10)와 노즐부(20)에 직류 정극성(S) 전류와 직류 역극성(R) 전류가 번갈아 연결되도록 하였으며, 직류 역극성(R)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리를 직류 정극성(R)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리보다 길게 함으로써 3차원 구조물이 안정적으로 지지되도록 하면서 스테이지(10)로부터 쉽게 분리될 수 있도록 하였다.Accordingly, when the lowermost area A of the three-dimensional structure exceeds the reference area, the control unit controls the stage 10 and the nozzle unit 20 to generate a direct current (S) current and a direct current (R) currents are alternately connected to each other. When the direct current polarity (R) is set, the moving distance of the nozzle unit 20 is set longer than the moving distance of the nozzle unit 20 when the direct current polarity is R So that the three-dimensional structure can be easily separated from the stage 10 while being stably supported.

구체적으로 3차원 구조물이 스테이지(10)에 부착되어 안정적으로 지지되도록 하기 위하여 직류 정극성(S)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리는 3mm이상이어야 한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 직류 역극성(R)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리를 50mm로 설정하고 직류 정극성(S)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리를 3mm로 설정하여, 해당 거리마다 직류 정극성(S)과 직류 역극성(R)이 번갈아 연결되도록 한다.Specifically, in order to stably support the three-dimensional structure attached to the stage 10, the distance through which the nozzle unit 20 moves when the direct current (S) is positive should be 3 mm or more. As a preferred embodiment of the present invention, the distance that the nozzle unit 20 moves when the direct current polarity is R is set to 50 mm and the distance that the nozzle unit 20 moves when the DC polarity is S is set to 3 mm So that the DC positive polarity S and the DC polarity R are alternately connected to each other at the corresponding distances.

또한, 제어부는 3차원 구조물의 형상에 따라 전류변환기(50)를 작동시켜 스테이지(10)와 노즐부(20)에 연결되는 직류 정극성(S) 및 직류 역극성(R)을 변환할 수 있다.The control unit may convert the direct current polarity S and the direct current polarity R connected to the stage 10 and the nozzle unit 20 by operating the current converter 50 according to the shape of the three- .

구체적으로 도 5에 도시된 바와 같이, 메모리부에 입력 및 저장된 설계정보에 따라 3차원 구조물의 최하단(L1) 형상이 복수의 모서리를 갖는 다각형이면 제어부는 노즐부(20)가 3차원 구조물의 최하단(L1) 중 모서리를 성형할 때 스테이지(10) 및 노즐부(20)에 직류 정극성(S) 전류가 연결되도록 한다. 그리고 제어부는 노즐부(20)가 3차원 구조물의 최하단(L1) 중 모서리를 제외한 나머지 부분을 성형할 때 스테이지(10) 및 노즐부(20)에 직류 역극성(R) 전류가 연결되도록 한다. 이때, 모서리를 성형할 때 노즐부(20)가 이동하는 거리는 3mm이상되도록 한다.5, if the lowermost (L1) shape of the three-dimensional structure is a polygon having a plurality of edges according to the design information input to and stored in the memory unit, the control unit determines that the nozzle unit 20 is the lowermost (S) current is connected to the stage 10 and the nozzle unit 20 when forming an edge of the liquid crystal layer L1. The controller controls the direct current (R) current to be connected to the stage 10 and the nozzle unit 20 when the nozzle unit 20 forms the remaining part of the three-dimensional structure except for the lowermost edge L1. At this time, the distance that the nozzle unit 20 moves when the corner is formed is 3 mm or more.

그리고 메모리부에 입력 및 저장된 설계정보에 따라 3차원 구조물의 최하단 형상이 곡선이나 불명확한 형상으로 이루어지면 직류 역극성(R)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리는 직류 정극성(S)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리의 10배이다.If the shape of the lowermost end of the three-dimensional structure is a curved line or an unidentified shape according to the design information inputted and stored in the memory unit, the distance that the nozzle unit 20 moves when the DC reverse polarity (R) 10 times the distance that the nozzle unit 20 moves.

본 발명의 일 실시예에 따라 직류 정극성(S)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리가 3mm이면 직류 역극성(R)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리는 30mm이다.According to an embodiment of the present invention, when the distance of movement of the nozzle unit 20 is 3 mm when the direct current polarity is S, the distance that the nozzle unit 20 moves when the direct current polarity is R is 30 mm.

그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 메모리부에 입력 및 저장된 설계정보에 따라 3차원 구조물의 최하단이 외측부(L1-out)와 상기 외측부(L1-out)의 내부를 채우는 내측부(L1-in)로 이루어질 경우, 제어부는 노즐부(20)가 외측부(L1-out)를 성형할 때 스테이지(10)와 노즐부(20)에 직류 정극성(S) 전류와 직류 역극성(R) 전류가 번갈아 연결되도록 한다. 외측부(L1-out)의 구체저인 성형방법은 직류 역극성(R)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리를 50mm로 설정하고 직류 정극성(S)일 때 노즐부(20)가 이동하는 거리를 3mm로 설정하여, 해당 거리마다 직류 정극성(S)과 직류 역극성(R)이 번갈아 연결되도록 한다. 그리고 제어부는 노즐부(20)가 내측부(L1-in)를 성형할 때 스테이지(10) 및 노즐부(20)에 직류 역극성(R) 전류가 연결되도록 한다.As shown in FIG. 6, according to the design information input to and stored in the memory unit, the lowermost end of the three-dimensional structure is divided into an outer portion L1-out and an inner portion L1-in filling the inside of the outer portion L1-out (S) current and the DC reverse (R) current are alternately connected to the stage 10 and the nozzle unit 20 when the nozzle unit 20 forms the outer portion L1-out, . The forming method of the outer part (L1-out) is to set the distance of movement of the nozzle part (20) to 50 mm when the direct current polarity is R, and when the direct current polarity (S) Is set to 3 mm so that the direct current polarity (S) and the direct current polarity (R) alternate with each other at the corresponding distances. The control unit causes DC current (R) current to be connected to the stage 10 and the nozzle unit 20 when the nozzle unit 20 forms the inside part L 1 -in.

상술한 바와 같이 본 발명의 3차원 금속 프린팅 시스템은 스테이지(10)에 다양한 형상의 3차원 금속 구조물을 성형할 수 있으며, 3차원 구조물의 설계정보에 따라 해당 형상에 맞춰 제어부에 의해 용접방법이 설정됨으로써 성형이 완료된 3차원 금속 구조물을 스테이지(10)로부터 쉽게 분리할 수 있다.As described above, the three-dimensional metal printing system according to the present invention can form various kinds of three-dimensional metal structures on the stage 10. According to the design information of the three-dimensional structure, the welding method is set The formed three-dimensional metal structure can be easily separated from the stage 10.

그리고 상기의 기준면적, 노즐부(20)의 구체적인 이동거리, 직류 정극성(S)일 때와 직류 역극성(R)일 때의 노즐부(20)의 이동거리 비율은 발명을 실시하기 위한 하나의 예로서 이에 한정할 필요는 없으며, 3차원 구조물의 설계구조, 프린팅 장비, 금속 재료 및 기타 조건 등에 따라 달라질 수 있다.The ratio of the moving distance of the nozzle unit 20 when the reference area, the specific moving distance of the nozzle unit 20, the direct current polarity (S) and the direct current polarity (R) But may be varied depending on the design structure of the three-dimensional structure, the printing equipment, the metal material, and other conditions.

본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅 시스템은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.The three-dimensional metal printing system according to the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified and embodied within the scope of the technical idea of the present invention.

10 : 스테이지,
20 : 노즐부,
30 : 가스공급부,
40 : 아크용접모듈,
50 : 전류변환기,
60 : 와이어 송급기,10: stage,
20: nozzle part,
30: gas supply unit,
40: arc welding module,
50: current converter,
60: Wire feeder,

Claims (8)

금속 재료를 다단 적층하여 3차원 구조물을 성형하는 3차원 금속 프린팅 시스템에 있어서,
금속 재료를 융해시키는 노즐부;
상기 노즐부에 의해 융해된 금속 재료가 적층되어 3차원 구조물이 형성되는 스테이지;
상기 노즐부와 스테이지에 서로 다른 극성의 전류를 공급하는 아크용접모듈; 및
상기 노즐부와 스테이지에 연결되는 전류의 극성을 변환시켜 상기 스테이지의 용입 깊이를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅 시스템.A three-dimensional metal printing system for forming a three-dimensional structure by laminating a plurality of metal materials,
A nozzle unit for melting the metal material;
A stage in which the metal material melted by the nozzle unit is laminated to form a three-dimensional structure;
An arc welding module for supplying currents of different polarities to the nozzle unit and the stage; And
And a control unit for controlling a penetration depth of the stage by converting a polarity of a current connected to the nozzle unit and the stage. 청구항 1에 있어서,
상기 스테이지에 (-)극성의 전류가 연결되고 상기 노즐부에 (+)극성의 전류가 연결되는 직류 역극성일 때는, 상기 스테이지에 (+)극성의 전류가 연결되고 상기 노즐부에 (-)극성의 전류가 연결되는 직류 정극성일 때보다 상기 스테이지의 용입 깊이가 얕은 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅 시스템,The method according to claim 1,
(-) polarity is connected to the stage and a current having a (+) polarity is connected to the nozzle unit, a positive polarity current is connected to the stage and a negative (- Dimensional metal printing system characterized in that the penetration depth of the stage is shallower than that of a direct current polarity in which a polarity current is connected, 청구항 2에 있어서,
상기 3차원 구조물의 설계정보가 입력 및 저장되는 메모리부를 더 포함하고,
상기 노즐부는 상기 설계정보에 따라 상기 스테이지 상부에서 이동하며,
상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 면적이 미리 설정된 기준면적 이하이면 상기 노즐부와 스테이지에 상기 직류 역극성 전류를 연결하는 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅 시스템.The method of claim 2,
Further comprising a memory unit in which design information of the three-dimensional structure is input and stored,
Wherein the nozzle unit moves from an upper portion of the stage in accordance with the design information,
Wherein the control unit connects the DC reverse polarity current to the nozzle unit and the stage when the lowermost area of the three-dimensional structure is less than a predetermined reference area according to the design information. 청구항 3에 있어서,
상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 면적이 상기 기준면적을 초과하면 상기 노즐부와 스테이지에 상기 직류 정극성 전류와 직류 역극성 전류를 번갈아 연결하고,
상기 직류 역극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리는 상기 직류 정극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅 시스템.The method of claim 3,
Wherein the control unit alternately connects the DC positive polarity current and the DC polarity polarity current to the nozzle unit and the stage when the lowest area of the three-dimensional structure exceeds the reference area according to the design information,
Wherein the distance that the nozzle moves when the direct current polarity is opposite is longer than the distance that the nozzle moves when the direct current polarity is the direct current polarity. 청구항 4에 있어서,
상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 형상이 복수의 모서리를 갖는 다각형이면, 상기 노즐부가 상기 3차원 구조물의 최하단 중 상기 모서리를 성형할 때 상기 직류 정극성 전류를 연결하고, 상기 노즐부가 상기 3차원 구조물의 최하단 중 나머지 부분을 성형할 때 상기 직류 역극성 전류를 연결하는 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅 시스템.The method of claim 4,
Wherein the controller connects the DC positive polarity current when the nozzle forms the edge of the lowermost end of the three-dimensional structure, if the lowermost shape of the three-dimensional structure is a polygon having a plurality of edges according to the design information, Wherein the nozzle connects the DC reverse polarity current when forming a remaining one of the lowermost ends of the three-dimensional structure. 청구항 4에 있어서,
상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단 형상이 곡선으로 이루어지면 상기 직류 역극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리는 상기 직류 정극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리의 10배인 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅 시스템.The method of claim 4,
Dimensional structure is a curved line according to the design information, the distance that the nozzle moves when the direct current polarity is opposite is 10 times the distance that the nozzle moves when the direct current is positive. Printing system. 청구항 4에 있어서,
상기 제어부는 상기 설계정보에 따라 상기 3차원 구조물의 최하단이 외측부와 상기 외측부의 내부를 채우는 내측부로 이루어질 경우, 상기 노즐부가 상기 외측부를 성형할 때 상기 노즐부와 스테이지에 상기 직류 정극성 전류와 직류 역극성 전류를 번갈아 연결하고, 상기 노즐부가 상기 내측부를 성형할 때 상기 직류 역극성 전류를 연결하는 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅 시스템.The method of claim 4,
Wherein the control unit controls the nozzle unit and the stage so that when the nozzle unit forms the outer unit, the DC unit current and the DC unit current are applied to the nozzle unit and the stage, respectively, when the lowermost end of the three-dimensional structure is made up of the outer unit and the inner unit, Polarity currents are alternately connected to each other, and when the nozzle unit forms the inside portion, the DC reverse polarity current is connected. 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기준면적은 100㎟이고,
상기 직류 정극성일 때 상기 노즐부가 이동하는 거리는 3㎜이상인 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅 시스템.The method according to any one of claims 4 to 6,
The reference area is 100 mm < 2 &
Wherein a distance through which the nozzle moves when the direct current is positive is not less than 3 mm.
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