KR20190030419A - 3D printer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3D 프린터에 관한 발명이다. 구체적으로 본 발명은 자기장을 이용하여 대상을 프린팅하는 3D 프린터에 관한 발명이다.The present invention relates to a 3D printer. More specifically, the present invention relates to a 3D printer for printing objects using a magnetic field.
최근 3D 프린터의 수요는 활용 편의성과 정밀 제품의 제작 용이성 등과 같은 다양한 장점으로 인해 전 세계적으로 각광받고 있다. 이러한 3D 프린터는 폴리머 계열의 UV 경화성 수지를 기반으로 한 것이 주종이며, 최근 금속 소재를 바탕으로 한 금속 3D 프린터 시장도 활성화되고 있다.Recently, the demand for 3D printers has become popular all over the world due to various advantages such as ease of use and ease of manufacture of precision products. These 3D printers are mainly based on polymer-based UV curable resins, and metal 3D printers based on metal materials have recently been activated.
특히, 최근 금속 3D 프린터에서는 고출력 광섬유 레이저를 광원으로 대체하여 기존의 고체 레이저 및 반도체 레이저에 비해 우수한 빔 특성을 기반으로 출력물의 정밀도를 향상시켜 제품화를 추진하고 있다.In recent years, in metal 3D printers, high output fiber laser has been replaced by a light source, and the product is being improved by improving the accuracy of the output based on superior beam characteristics compared to conventional solid-state laser and semiconductor laser.
또한, 금속 소재의 주종을 이루는 티타늄(Ti)과 같은 금속 입자의 소재 개선을 통한 금속 3D 프린터 성능 향상에 초점을 맞추고 있다.In addition, it focuses on improving the performance of metal 3D printers by improving the material of metal particles such as titanium (Ti), which is the main material of metal materials.
기존 금속 3D 프린터 제품의 대부분이 금속 분말을 얇게 펴고 그 위에 레이저를 조사하여 금속 입자를 용융 결합시킨 후 금속 층을 형성시키며, 다시 금속 분말을 얇게 펴서 다음 공정을 수행하는 반복 공정을 통해 출력물을 제작한다.Most of existing metal 3D printer products are made by thinning metal powder, irradiating laser on it, melting the metal particles to form a metal layer, and then repeating the process of thinning the metal powder again to produce the output do.
따라서, 이러한 공정은 높은 레이저 출력이 필수적이며, 긴 제작 시간이 필요하다는 단점이 있다. 또한, 원하지 않는 금속 입자의 용융이 수반되어 후가공이 필수적이다. 이에 기존의 3D 프린터의 경우, 일체형으로 연마 공정 부품을 자동으로 교체하여 실시하는 제품도 있다.Therefore, such a process has a disadvantage in that a high laser output is necessary and a long production time is required. In addition, post-processing is essential, accompanied by melting of unwanted metal particles. In the case of conventional 3D printers, there is also a product in which the polishing process parts are automatically replaced in an integrated manner.
자기장을 이용하여 구조물의 형상을 만드는 금속 3D 프린터를 제안한다.We propose a metal 3D printer that makes the shape of a structure using a magnetic field.
본 발명의 금속 3D 프린터는 금속 분말을 공급하는 금속 분말 공급부 및 공급된 금속 분말에 레이저를 출력하는 가공 레이저 출력부를 포함하는 인쇄부, 특정의 인쇄하고자 하는 형상의 자기장을 형성하는 자기장 출력부 및 상기 인쇄부 및 자기장 출력부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.The metal 3D printer of the present invention includes a printing unit including a metal powder supply unit for supplying metal powder and a processing laser output unit for outputting a laser to the supplied metal powder, a magnetic field output unit for forming a magnetic field of a specific shape to be printed, And a control unit for controlling operations of the printing unit and the magnetic field output unit.
본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 3D 프린터(1)는 3차원 자기력형성 기술을 통해 전자석을 활용한 미세 자기장 분포를 3D 형태로 형성할 수 있으며, 이는 자기력 상호간의 간섭을 최소화할 수 있다. 따라서 복잡한 3D 패턴과 복수의 레이저 광원을 접목하여 실시간으로 동일한 공정을 복수개 수행하는 것이 가능하다.The metal 3D printer 1 according to an embodiment of the present invention can form a fine magnetic field distribution using a three-dimensional magnetic force forming technique using an electromagnet in a 3D form, which can minimize the mutual interference between magnetic forces. Therefore, it is possible to perform a plurality of identical processes in real time by combining a complex 3D pattern with a plurality of laser light sources.
이와 함께, 고출력 광섬유 레이저 및 고체 레이저를 활용하여 레이저를 조사시키면 입자와 입자의 용융에 의한 결합 구조가 간단하여 기존 제품에 비해 낮은 에너지로 빠른 시간 내에 출력물을 형성할 수 있다. 특히, 금속 입자간의 용융부의 제어가 가능하여 후처리 공정이 불필요하며, 정밀 가공 특성이 우수한 장점이 있다.In addition, when a laser beam is irradiated using a high output fiber laser and a solid laser, the coupling structure due to fusion of particles and particles is simple, so that the output can be formed in a short time with a lower energy than the conventional product. Particularly, it is possible to control the fused portion between the metal particles, thereby eliminating the need for a post-treatment process, and has an advantage of excellent precision processing characteristics.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 3D 프린터의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 3D 프린터의 동작 과정을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 다른 금속 3D 프린터의 동작 과정을 나타내는 개념도이다.
도 4는 고에너지 직접 조사를 통한 금속 3D 프린터의 일 예를 나타낸다.1 is a block diagram of a metal 3D printer according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating an operation process of a metal 3D printer according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram illustrating an operation process of another metal 3D printer according to another embodiment of the present invention.
Figure 4 shows an example of a metal 3D printer with high energy direct irradiation.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 3D 프린터의 블록도이다.1 is a block diagram of a metal 3D printer according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 3D 프린터(1)는 인쇄부(100), 열처리부(200), 자기장출력부(300) 및 제어부(400)을 포함한다. 1, a metal 3D printer 1 according to an embodiment of the present invention includes a
인쇄부(100)는 금속 분말 공급부(110) 및 가공 레이저 출력부(120)을 포함한다. The
금속 분말 공급부(110)은 구조물 가공에 필요한 금속 분말을 공급한다. 이때, 금속 분말 공급부(110)은 금속 나노 입자 및 미립자를 개별의 알갱이 상태로 이송하는 금속 입자 이송 장치를 포함할 수 있다. 바람직한 실시 예에서 미세 입자의 이송 장치는 Capillary 튜브 또는 Holey 광섬유를 포함하는 미세 직경을 갖는 튜브가 사용될 수 있다. 또한, 이송되는 금속 입자는 Granule 상태인 것이 바람직하다. Granule 상태는 입자간의 반응성을 높여 낮은 에너지에서도 용융이 가능하게 한다.The metal
또한, 금속 분말 공급부(110)은 금속뿐 아니라 세라믹과 같은 다양한 소재의 Granule 입자 상태 및 미립자의 이송이 가능하다. 그리고 금속 분말 공급부(110)는 입자를 고출력 레이저에 직접 분사할 수 있다.In addition, the metal
가공 레이저 출력부(120)는 금속 분말을 용융하는 가공 레이저를 출력한다. 일 실시 예에서 가공 레이저 출력부(120)는 단일 레이저 광원일 수 있다. 또 다른 실시 예에서 가공 레이저 출력부(120)는 다중 레이저 광원일 수 있다.The machining
열처리부(200)는 가스 출력/배출부(210), 열처리 레이저 출력부(220), 및 냉각부(230)을 포함한다.The
가스 출력/배출부(210)는 열처리간 열처리 공간의 기체를 출력/배출한다. 이때 출력/배출되는 가스는 불활성 가스로서, 바람직한 실시 예에서 아르곤, 질소, 헬륨 가스 중 적어도 하나일 수 있다. 또한, 가스 출력시, 압력은 대기압 보다 조금 낮은 -5mmhg가 바람직하다. The gas output /
열처리 레이저 출력부(220)는 프린팅 된 구조물에 열처리가 필요한 경우, 열처리를 위한 레이저를 출력한다. 열처리 레이저 출력부(220)는 열처리 종류(??칭, 템퍼링 등) 별 레이저 출력 파워를 조절하고, 열처리 종류별 가열 시간을 조절한다.The heat treatment
냉각부(230)는 열처리 레이저로 가열된 부위에 대한 냉각을 제어한다. 냉각부(230)는 열처리 종류별 냉각 속도를 제어한다. 이때 냉각속도 제어방식은 펠티어소자를 이용하는 방식, 냉각공지를 분사하는 방식, 질소가스 또는 냉체냉매를 기화시켜 증발 잠열을 사용하는 방식 중 어느 하나가 이용될 수 있다.The
자기장 출력부(300)는 미세 자기장 분포를 금속 3D 프린터(1)에 형성한다. 자기장 출력부(300)가 형성하는 자기장 분포를 따라 구조물의 미세 구조를 포함하는 전체 구조가 형성된다. The magnetic field output section (300) forms a fine magnetic field distribution in the metal 3D printer (1). The entire structure including the microstructure of the structure is formed along the magnetic field distribution formed by the magnetic
일반적인 금속 3D 프린터(1)의 경우 평면으로 금속 분말을 분사한뒤 레이저를 조사하여 형상을 만들거나, 금속 분말을 평면으로 분사하면서 열처리를 통해 형상을 만든다. 그러나, 본 발명의 금속 3D 프린터(1)의 경우 고출력의 레이저에 금속 분말을 직접 분사하는데, 이 경우, 레이저에 의해 금속 분말이 용융될 때 원하는 형상을 제어하기 어려운 부분이 있다. 따라서, 자기장 출력부(300)는 사용자가 원하는 형태의 형상에 대응하는 자기장을 출력하고, 용융된 금속 분말이 형성된 자기장에 따라 원하는 형상으로 프린팅된다.In the case of a general metal 3D printer (1), a metal powder is sprayed on a flat surface, and a laser is irradiated to form a shape, or a metal powder is sprayed on a flat surface to form a shape by heat treatment. However, in the case of the metal 3D printer 1 of the present invention, the metal powder is directly injected into the laser of high output. In this case, there is a part where it is difficult to control the desired shape when the metal powder is melted by the laser. Accordingly, the magnetic
제어부(400)는 인쇄부(100), 열처리부(200) 및 자기장 출력부(300)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어 제어부(400)는 금속 분말의 분사량을 결정할 수 있다. 또한 제어부(400)는 출력되는 레이저의 광원 수 및 출력 정도를 조절할 수 있다. 또한 제어부(400)는 열처리를 위한 가스 출력/배출을 제어할 수 있다. 제어부(400)는 열처리를 위한 레이저 출력 정도 및 광원 수를 조절할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 냉각부(230)를 통한 냉각 방법 및 냉각 정도를 조절할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 자기장 출력부가 출력하는 자기장의 형상을 조절할 수 있다.The
금속 3D 프린터(1)에서 사용되는 금속 분말은 마레이징강(maragingsteel)부터 고발트크롬(cobaltchrome MPI), 스텐레스 스틸 계열(stainless steel GP1, PH1), 알루미늄, 니켈알로이 계열(nickel alloy IN718, IN625) 및 현재 자동차 및 선박, 항공산업에서 사용되는 인코넬 계열 합금 중 어느 하나일 수 있다.Metallic powder used in the metal 3D printer 1 includes maragingsteel, cobaltchrome MPI, stainless steel GP1, PH1, aluminum, nickel alloy IN718, IN625, And Inconel-type alloys currently used in the automotive, marine and aviation industries.
본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 3D 프린터(1)는 2차원 및 3차원 자기력형성 기술을 통해 전자석을 활용한 미세 자기장 분포를 2D 및 3D 형태로 형성할 수 있으며, 이는 자기력 상호간의 간섭을 최소화할 수 있다. 따라서 복잡한 3D 패턴과 복수의 레이저 광원을 접목하여 실시간으로 동일한 공정을 복수개 수행하는 것이 가능하다.The metal 3D printer 1 according to the embodiment of the present invention can form a fine magnetic field distribution using 2D and 3D magnetic force forming techniques using electromagnets in 2D and 3D form, can do. Therefore, it is possible to perform a plurality of identical processes in real time by combining a complex 3D pattern with a plurality of laser light sources.
이와 함께, 고출력 광섬유 레이저 및 고체 레이저를 활용하여 레이저를 조사시키면 입자와 입자의 용융에 의한 결합 구조가 간단하여 기존 제품에 비해 낮은 에너지로 빠른 시간 내에 출력물을 형성할 수 있다. 특히, 금속 입자간의 용융부의 제어가 가능하여 후처리 공정이 불필요하며, 정밀 가공 특성이 우수한 장점이 있다.In addition, when a laser beam is irradiated using a high output fiber laser and a solid laser, the coupling structure due to fusion of particles and particles is simple, so that the output can be formed in a short time with a lower energy than the conventional product. Particularly, it is possible to control the fused portion between the metal particles, thereby eliminating the need for a post-treatment process, and has an advantage of excellent precision processing characteristics.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 3D 프린터의 동작 과정을 나타내는 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating an operation process of a metal 3D printer according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 3D 프린터는 선형 자기장 분포를 갖는 자기장 출력부(300)를 포함한다. 구체적으로 Granule 상태의 금속 입자들이 정렬할 수 있도록 구성된 전자석 기반의 자기장 출력부(300)가 마련된다.As shown in FIG. 2, a metal 3D printer according to an embodiment of the present invention includes a magnetic
이때, 금속 입자들이 일렬로 정렬될 수 있도록 자기장 출력부(300)가 형성하는 자기장을 따라 금속 입자가 정렬되고, 가공 레이저 출력부(120)에서 조사되는 레이저에 의해 3D 프린팅이 이루어진다.At this time, the metal particles are aligned along the magnetic field formed by the magnetic
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 다른 금속 3D 프린터의 동작 과정을 나타내는 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating an operation process of another metal 3D printer according to another embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 3D 프린터는 공간상의 자기장 분포를 갖는 자기장 출력부(300)를 포함한다. As shown in FIG. 3, a metal 3D printer according to an embodiment of the present invention includes a magnetic
도 4는 고에너지 직접 조사를 통한 금속 3D 프린터의 일 예를 나타낸다.Figure 4 shows an example of a metal 3D printer with high energy direct irradiation.
도 4에 도시된 바와 같이, 금속 프린트의 노즐은 레이저 빔과 금속 파우더 스트림을 동시에 출력할 수 있으며, 앞서 설명한 자기장 출력부에 의해 형성된 자기장을 따라 공간상에서 금속 입자가 배열되는 동시에 레이저가 조사되어 원하는 형상이 프린팅될 수 있다.As shown in FIG. 4, the nozzle of the metal print can simultaneously output the laser beam and the metal powder stream, and the metal particles are arranged in the space along the magnetic field formed by the magnetic field output unit described above, The shape can be printed.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. While the present invention has been particularly shown and 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, It will be understood that various modifications and applications other than those described above are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments of the present invention can be modified and implemented.
Claims (6)
금속 분말을 공급하는 금속 분말 공급부 및 공급된 금속 분말에 레이저를 출력하는 가공 레이저 출력부를 포함하는 인쇄부;
특정의 인쇄하고자 하는 형상의 자기장을 형성하는 자기장 출력부; 및
상기 인쇄부 및 자기장 출력부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는
금속 3D 프린터.In a metal 3D printer,
A printing unit including a metal powder supply unit for supplying metal powder and a machining laser output unit for outputting a laser to the metal powder supplied;
A magnetic field output section for forming a magnetic field of a specific shape to be printed; And
And a control unit for controlling operations of the printing unit and the magnetic field output unit
Metal 3D printer.
상기 금속 분말 공급부는 상기 가공 레이저 출력부에서 출력되는 레이저에 직접 금속 분말을 공급하는
금속 3D 프린터.The method according to claim 1,
Wherein the metal powder supply unit supplies the metal powder directly to the laser output from the machining laser output unit
Metal 3D printer.
상기 레이저에 의해 용융되는 금속 분말은 상기 자기장 출력부가 형성하는 형상에 따라 인쇄하고자 하는 형상을 갖는
금속 3D 프린터.3. The method of claim 2,
The metal powder to be melted by the laser has a shape to be printed according to the shape formed by the magnetic field output portion
Metal 3D printer.
상기 금속 분말 공급부는 금속 나오 입자 및 미립자를 개별의 알갱이 상태로 이송하는 금속 입자 이송 장치를 포함하는
금속 3D 프린터.The method according to claim 1,
Wherein the metal powder feeder includes a metal particle feeder for feeding metal nodules and fine particles in individual granular states
Metal 3D printer.
상기 금속 입자 이송 장치는 Granule 상태의 금속 입자 및 미립자를 이송하는
금속 3D 프린터.5. The method of claim 4,
The metal particle transfer device is a device for transferring metal particles and fine particles in a granule state
Metal 3D printer.
상기 가공 레이저 출력부는 하나 또는 복수의 레이저 광원을 포함하는
금속 3D 프린터.The method according to claim 1,
Wherein the machining laser output section includes one or a plurality of laser light sources
Metal 3D printer.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170117836A KR20190030419A (en) | 2017-09-14 | 2017-09-14 | 3D printer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=65949619
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170117836A KR20190030419A (en) | 2017-09-14 | 2017-09-14 | 3D printer |
Country Status (1)
Country | Link |
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KR (1) | KR20190030419A (en) |
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2017
- 2017-09-14 KR KR1020170117836A patent/KR20190030419A/en not_active Application Discontinuation
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