KR20190078497A - 3차원 프린터용 분말층 형성 장치 및 이를 구비한 3차원 프린터 - Google Patents

3차원 프린터용 분말층 형성 장치 및 이를 구비한 3차원 프린터 Download PDF

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KR20190078497A
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장재영
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참엔지니어링(주)
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/214—Doctor blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Abstract

본 발명은 일측 리코터부에 의해 형성된 분말층에 레이저 조사나 바인더 젯팅과 같은 공정을 수행하여 3차원 조형을 한 후 곧바로 타측 리코터 블레이드에 의해 새로운 분말층을 형성하는 스윕핑 동작을 할 수 있도록 구성함에 따라 3차원 조형물을 성형하는 공정 속도를 현저하게 높일 수 있는 3차원 프린터용 분말층 형성 장치 및 이를 구비한 3차원 프린터에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 3차원 프린터는, 분말공급부를 통해 공급되는 분말을 조형빔의 조사 영역인 적층조형부로 이동시켜 분말층을 형성하는 분말층 형성장치를 포함하는 3차원 프린터로서, 상기 분말층 형성장치는, 상기 분말공급부의 분말을 상기 적층조형부로 이동시켜 분말층의 형성을 완료시키는 분말층 형성 완료 위치로 이동하는 스윕핑 동작 및 분말층 형성 완료 후 상기 분말공급부의 분말을 스윕하기 위한 초기 위치로 복귀하는 복귀 동작을 수행하는 한 쌍의 리코터부;를 포함하며, 일측 리코터부가 스윕핑 동작을 수행 시 타측 리코터부가 연동하여 복귀 동작을 수행하고, 일측 리코터부가 복귀 동작을 수행 시 타측 리코터부가 연동하여 스윕핑 동작을 수행하도록 구성된다.

Description

3차원 프린터용 분말층 형성 장치 및 이를 구비한 3차원 프린터{APPATRATUS FOR FORMING POWDER LAYER FOR 3D PRINTER AND 3D PRINTER HAVING THE SAME}
본 발명은 3차원 프린터용 분말층 형성 장치 및 이를 구비한 3차원 프린터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 3차원 프린터의 작업 효율을 현저하게 향상시킬 수 있는 3차원 프린터용 분말층 형성 장치 및 이를 구비한 3차원 프린터에 관한 것이다.
분말 베드(Powder Bed)를 이용한 3차원 성형 방식은, 소재 분말을 한 층씩 얇게 펼쳐서 분말층(powder layer)를 형성한 후, 레이저 조사나 바인더 젯팅 등과 같은 방법을 통해 원하는 형상의 단면 정보대로 스캔하여 적층 성형하는 방식이다.
이 방식에서는 분말층을 빠르게 형성하는 것이 공정 속도에 큰 영향을 미치므로, 분말층을 빠르고 정확하게 형성하는 것이 바람직하다.
그런데, 종래의 방법에서는 분말층을 형성하기 위한 블레이드를 회전식으로 하거나, 왕복식으로 구성하고 있는데, 회전식의 경우, 3차원 성형을 위한 공간이 많이 요구되기 때문에, 3차원 성형을 위한 진공, 불활성 가스 등의 분위기가 필요한 방식에서는 적합하지 않다.
또한, 왕복식의 경우, 양 방향으로 분말을 빌딩할 경우, 3차원 성형 과정에 성형품의 파손을 초래하거나 성형 정밀도를 유지하기 어렵기 때문에, 일반적으로 한 방향으로 블레이드를 이송시켜 분말층을 형성한 후, 제자리로 원위치한 후 다시 블레이드를 이송시키는 방식을 사용한다. 그런데 이 방식의 경우, 블레이드를 원위치로 이송시키는 시간이 3차원 적층 공정시간을 늘리는 주요한 요인이 된다.
공개특허 제2017-0089625호(공개일자 2017년08월04일)
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 일측 리코터부에 의해 형성된 분말층에 레이저 조사나 바인더 젯팅과 같은 공정을 수행하여 3차원 조형을 한 후 곧바로 타측 리코터 블레이드에 의해 새로운 분말층을 형성하는 스윕핑 동작을 할 수 있으므로, 3차원 조형물을 성형하는 공정 속도를 현저하게 높일 수 있는 3차원 프린터용 분말층 형성 장치 및 이를 구비한 3차원 프린터를 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 3차원 프린터는, 분말공급부를 통해 공급되는 분말을 조형빔의 조사 영역인 적층조형부로 이동시켜 분말층을 형성하는 분말층 형성장치를 포함하는 3차원 프린터로서, 상기 분말층 형성장치는, 상기 분말공급부의 분말을 상기 적층조형부로 이동시켜 분말층의 형성을 완료시키는 분말층 형성 완료 위치로 이동하는 스윕핑 동작 및 분말층 형성 완료 후 상기 분말공급부의 분말을 스윕하기 위한 초기 위치로 복귀하는 복귀 동작을 수행하는 한 쌍의 리코터부;를 포함하며, 일측 리코터부가 스윕핑 동작을 수행 시 타측 리코터부가 연동하여 복귀 동작을 수행하고, 일측 리코터부가 복귀 동작을 수행 시 타측 리코터부가 연동하여 스윕핑 동작을 수행하도록 구성된다.
바람직하게, 상기 분말공급부와 적층조형부는 프린터 본체 상부에 위치하도록 구성되고, 상기 일측 리코터부 및 타측 리코터부는 상기 프린터 본체 상부에 근접하게 위치하여 스윕핑 동작을 수행하고, 상기 프린터 본체 상부에서 이격되어 복귀 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 일측 리코터부는, 일측 리코터 블레이드; 상기 일측 리코터 블레이드가 장착되는 일측 리코터 암; 상기 프린터 본체의 일측에 구비되어 상기 일측 리코터 암의 승하강을 위한 일측 승하강 구동기; 및 상기 프린터 본체의 일측에 구비되어 상기 일측 승하강 구동기의 전후이동을 위한 일측 왕복 가이드;를 포함하여 구성되고, 상기 타측 리코터부는, 타측 리코터 블레이드; 상기 타측 리코터 블레이드가 장착되는 타측 리코터 암; 상기 프린터 본체의 타측에 구비되어 상기 타측 리코터 암의 승하강을 위한 타측 승하강 구동기; 및 상기 프린터 본체의 타측에 구비되어 상기 타측 승하강 구동기의 전후이동을 위한 타측 왕복 가이드;를 포함하여 구성되며, 상기 일측 왕복 가이드를 따라 상기 일측 승하강 구동기가 전후이동하도록 구동시킴과 함께 상기 타측 왕복 가이드를 따라 상기 타측 승하강 구동기가 전후이동하도록 구동시키는 연동구동기;를 포함하여 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 연동구동기는, 상기 일측 왕복 가이드 및 타측 왕복 가이드를 따라 회전 가능하게 연장되고, 상기 일측 승하강 구동기와 상기 타측 승하강 구동기에 각각 고정된 링벨트; 및 상기 링벨트를 정방향 또는 역방향으로 회전시킴에 따라 상기 일측 승하강 구동기가 상기 일측 왕복 가이드를 따라 왕복이동함과 동시에 상기 타측 승하강 구동기가 상기 타측 왕복 가이드를 따라 왕복이동하도록 구동시키는 정역구동모터;를 포함하여 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 일측 승하강 구동기와 상기 타측 승하강 구동기의 위치에 근거하여, 상기 일측 승하강 구동기와 상기 타측 승하강 구동기의 승하강 동작 및 상기 정역구동모터의 회전방향을 제어하는 제어부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 일측 승하강 구동기 또는 상기 타측 승하강 구동기 중 어느 하나의 초기 위치와 분말층 형성 완료 위치를 각각 센싱하는 초기위치센서와 완료위치센서;를 포함하여 구성되되, 상기 초기위치센서와 완료위치센서에서 센싱된 위치 정보에 근거하여 상기 일측 승하강 구동기 및 상기 타측 승하강 구동기의 승하강 동작을 연동하여 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 일측 승하강 구동기의 초기 위치와 분말층 형성 완료 위치를 각각 센싱하는 초기위치센서와 완료위치센서;를 포함하여 구성되되, 상기 초기위치센서에서 상기 일측 승하강 구동기의 위치가 감지된 경우에 상기 일측 승하강 구동기가 하강하도록 제어함과 함께 타측 승하강 구동기가 상승하도록 제어하며, 상기 완료위치센서에서 상기 일측 승하강 구동기의 위치가 감지된 경우에 상기 일측 승하강 구동기가 상승하도록 제어함과 함께 타측 승하강 구동기가 하강하도록 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 일측 리코터부의 일측 승하강 구동기 또는 상기 타측 리코터부의 타측 승하강 구동기 중 어느 하나의 전방측 제한 위치와 후방측 제한 위치를 각각 센싱하는 전방제한센서와 후방제한센서;를 포함하여 구성되며, 상기 전방제한센서와 후방제한센서에서 센싱된 위치 정보에 근거하여 상기 정역구동모터의 정방향 또는 역방향 회전을 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 타측 승하강 구동기의 전방측 제한 위치와 후방측 제한 위치를 각각 센싱하는 전방제한센서와 후방제한센서;를 포함하여 구성되되, 상기 전방제한센서에서 상기 타측 승하강 구동기가 감지된 경우에 상기 정역구동모터를 정방향 회전시켜 상기 타측 승하강 구동기가 후방을 향하여 이동하도록 제어함과 함께 상기 일측 승하강 구동기가 전방을 향하여 이동하도록 제어하고, 상기 후방제한센서에서 상기 타측 승하강 구동기가 감지된 경우에 상기 정역구동모터를 역방향 회전시켜 상기 타측 승하강 구동기가 전방을 향하여 이동하도록 제어함과 함께 상기 일측 승하강 구동기가 후방을 향하여 이동하도록 제어할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 3차원 프린터는, 분말공급부를 통해 공급되는 분말을 조형빔의 조사 영역인 적층조형부로 이동시켜 분말층을 형성하는 3차원 프린터용 분말층 형성장치로서, 상기 분말공급부의 분말을 상기 적층조형부로 이동시켜 분말층의 형성을 완료시키는 분말층 형성 완료 위치로 이동하는 스윕핑 동작 및 분말층 형성 완료 후 상기 분말공급부의 분말을 스윕하기 위한 초기 위치로 복귀하는 복귀 동작을 수행하는 한 쌍의 리코터부;를 포함하며, 일측 리코터부가 스윕핑 동작을 수행 시 타측 리코터부가 연동하여 복귀 동작을 수행하고, 일측 리코터부가 복귀 동작을 수행 시 타측 리코터부가 연동하여 스윕핑 동작을 수행하도록 구성된다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 본 발명에 의하면, 일측 리코터부의 일측 리코터 블레이드가 분말층을 형성하는 스윕핑 동작 동안에 타측 리코터부의 타측 리코터 블레이드는 분말층을 스윕하기 위한 초기 위치로 복귀하는 복귀 동작이 이루어지도록 구성됨에 따라, 일측 리코터부에 의해 형성된 분말층에 레이저 조사나 바인더 젯팅과 같은 공정을 수행하여 3차원 조형을 한 후 곧바로 타측 리코터 블레이드에 의해 새로운 분말층을 형성하는 스윕핑 동작을 할 수 있으므로, 3차원 조형물을 성형하는 공정 속도를 현저하게 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 일측 리코터 블레이드의 상측 공간을 통해 타측 리코터 블레이드가 이송되는 구조로 이루어지므로, 장치의 설치공간을 최소화할 수 있게 되어, 장치를 제조하기 위한 비용 및 분위기 유지 비용 등을 현저하게 절감할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성 장치를 도시한 전방측 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성 장치를 도시한 전방측 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성 장치를 도시한 후방측 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성 장치를 도시한 좌측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성 장치를 도시한 우측면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성 장치를 도시한 후면도이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성 장치의 작동을 도시한 작동순서도이다.
본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수 항목들의 조합 또는 복수 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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.
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 ‘구비하다’, ‘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.
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 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성 장치를 도시한 전방측 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성 장치를 도시한 전방측 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성 장치를 도시한 후방측 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성 장치를 도시한 좌측면도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성 장치를 도시한 우측면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성 장치를 도시한 후면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터는, 분말공급부(11)를 통해 공급되는 분말을 조형빔의 조사 영역인 적층조형부(12)로 이동시켜 분말층을 형성하는 분말층 형성장치를 포함하는 3차원 프린터로 구성된다.
본 실시예의 3차원 프린터는, 상기 분말공급부(11)와 적층조형부(12)가 상부에 구비된 프린터 본체(10)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 프린터 본체(10)의 후방 상부에 분말공급부(11)가 구비되고, 상기 프린터 본체(10)의 전방 상부에 적층조형부(12)가 구비되며, 상기 프린터 본체(10)의 전방 단부에는 상기 적층조형부(12)에 분말층을 형성하고 남은 분말이 모여지는 호퍼(13)가 구비된다.
본 실시예의 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성장치는, 상기 분말공급부(11)를 통해 공급되는 분말을 스윕핑(쓸어서)하여 상기 적층조형부(12)의 상부에 평평한 분말층(분말 레이어)을 형성하도록 작동한다.
상기 적층조형부(12)에 형성된 분말층에는, 도면에 도시되어 있지는 않지만 3차원 프린터에 구비된 레이저 조사나 바인더 젯팅과 같은 공정을 수행하여 소결함에 따라 3차원 조형물이 적층 구조로 형성되도록 한다.
상술한 바와 같이, 분말공급부(11)의 분말을 적층조형부(12)에 이동시켜 분말층을 형성한 후 소결 공정을 수행하고, 상기 적층조형부(12)의 높이를 분말층 형성 높이만큼 낮춘 후 다시 분말공급부(11)의 분말을 적층조형부(12)에 이동시켜 분말층을 형성하여 소결 공정을 수행하며, 이러한 과정을 반복하여 실시함에 따라 3차원 조형물을 성형할 수 있게 된다.
본 실시예의 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성장치는, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 분말공급부(11)의 분말을 상기 적층조형부(12)로 이동시켜 분말층의 형성을 완료시키는 분말층 형성 완료 위치로 이동하는 스윕핑 동작 및 분말층 형성 완료 후 상기 분말공급부(11)의 분말을 스윕하기 위한 초기 위치로 복귀하는 복귀 동작을 수행하는 한 쌍의 리코터부(일측 리코터부(100), 타측 리코터부(200))를 포함하여 구성된다.
본 실시예의 분말층 형성장치는, 상기 일측 리코터부(100)가 스윕핑 동작을 수행 시 타측 리코터부(200)가 연동하여 복귀 동작을 수행하고, 일측 리코터부(100)가 복귀 동작을 수행 시 타측 리코터부(200)가 연동하여 스윕핑 동작을 수행하도록 구성된다.
구체적으로, 상기 일측 리코터부(100)가 상기 프린터 본체(10) 상부에 근접하게 위치하여 스윕핑 동작을 수행 시, 상기 타측 리코터부(200)가 연동하여 상기 프린터 본체(10) 상부에서 이격되어 복귀 동작을 수행한다.
또한, 상기 일측 리코터부(100)가 상기 프린터 본체(10) 상부에서 이격되어 복귀 동작을 수행 시, 상기 타측 리코터부(200)가 연동하여 상기 프린터 본체(10) 상부에에 근접하게 위치하여 스윕핑 동작을 수행한다.
이하에서, 상술한 바와 같은 일측 리코터부(100)와 타측 리코터부(200)의 구성 및 이들의 연동작동을 위한 연동구동기(300)와 제어부(미도시)에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 상기 일측 리코터부(100)의 세부 구성에 대하여 설명하도록 한다.
상기 일측 리코터부(100)는 상기 프린터 본체(10)의 일측에 위치하는 구성요소로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 일측 리코터 블레이드(110), 상기 일측 리코터 블레이드(110)가 장착되는 일측 리코터 암(120), 프린터 본체(10)의 일측에 구비되어 상기 일측 리코터 암(120)의 승하강을 위한 일측 승하강 구동기(130) 및 프린터 본체(10)의 일측에 구비되어 상기 일측 승하강 구동기(130)의 전후이동을 위한 일측 왕복 가이드(140)를 포함하여 구성된다.
상기 일측 리코터 블레이드(110)는 하단부에 고무 재질의 날이 형성되도록 구성되며, 분말공급부(11)로 공급되는 분말을 직접적으로 스위핑하여 적층조형부(12)로 이동시키는 부분이다.
상기 일측 리코터 암(120)은 상기 일측 리코터 블레이드(110)가 장착되는 부분으로서, 상기 일측 리코터 블레이드(110)의 설치 높이와 압축력을 조절할 수 있도록 구성된다.
상기 일측 승하강 구동기(130)는 상기 일측 리코터 암(120)을 상승시키거나 하강시키는 구동기로서, 일측 구동기 몸체(131), 일측 구동기 샤프트(132), 일측 구동기 가이드(133)를 포함하여 구성된다.
상기 일측 구동기 몸체(131)의 작동에 의해 상기 일측 구동기 샤프트(132)가 신장 또는 압축되도록 작동하며, 상기 일측 구동기 가이드(133)는 상기 일측 구동기 샤프트(132)의 선형이동을 가이드한다.
상기 일측 왕복 가이드(140)는 상기 일측 구동기 몸체(131)에 고정되는 일측 가이드 블록(141)과 상기 일측 가이드 블록(141)과 마주하도록 상기 프린터 본체(10)의 일측면에 구비된 일측 가이드 레일(142)을 포함하여 구성된다.
따라서, 상기 일측 승하강 구동기(130)는 상기 일측 왕복 가이드(140)에 의해 프린터 본체(10)의 전방 또는 후방으로 선형이동이 가능하게 된다.
다음으로, 상기 타측 리코터부(200)의 세부 구성에 대하여 설명하도록 한다.
상기 타측 리코터부(200)는 상기 프린터 본체(10)의 타측에 위치하는 구성요소로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 타측 리코터 블레이드(210), 상기 타측 리코터 블레이드(210)가 장착되는 타측 리코터 암(220), 프린터 본체(10)의 타측에 구비되어 상기 타측 리코터 암(220)의 승하강을 위한 타측 승하강 구동기(230) 및 프린터 본체(10)의 타측에 구비되어 상기 타측 승하강 구동기(230)의 전후이동을 위한 타측 왕복 가이드(240)를 포함하여 구성된다.
상기 타측 리코터 블레이드(210)는 하단부에 고무 재질의 날이 형성되도록 구성되며, 분말공급부(11)로 공급되는 분말을 직접적으로 스위핑하여 적층조형부(12)로 이동시키는 부분이다.
상기 타측 리코터 암(220)은 상기 타측 리코터 블레이드(210)가 장착되는 부분으로서, 상기 타측 리코터 블레이드(210)의 설치 높이와 압축력을 조절할 수 있도록 구성된다.
상기 타측 승하강 구동기(230)는 상기 타측 리코터 암(220)을 상승시키거나 하강시키는 구동기로서, 타측 구동기 몸체(231), 타측 구동기 샤프트(232), 타측 구동기 가이드(233)를 포함하여 구성된다.
상기 타측 구동기 몸체(231)의 작동에 의해 상기 타측 구동기 샤프트(232)가 신장 또는 압축되도록 작동하며, 상기 타측 구동기 가이드(233)는 상기 타측 구동기 샤프트(232)의 선형이동을 가이드한다.
상기 타측 왕복 가이드(240)는 상기 타측 구동기 몸체(231)에 고정되는 타측 가이드 블록(241)과 상기 타측 가이드 블록(241)과 마주하도록 상기 프린터 본체(10)의 타측면에 구비된 타측 가이드 레일(242)을 포함하여 구성된다.
따라서, 상기 타측 승하강 구동기(230)는 상기 타측 왕복 가이드(240)에 의해 프린터 본체(10)의 전방 또는 후방으로 선형이동이 가능하게 된다.
다음으로, 상기 일측 리코터부(100)와 타측 리코터부(200)의 연동작동을 위한 연동구동기(300)에 대하여 설명하도록 한다.
상기 연동구동기(300)는 상기 일측 왕복 가이드(140)를 따라 상기 일측 승하강 구동기(130)가 전후이동하도록 구동시킴과 함께 상기 타측 왕복 가이드(240)를 따라 상기 타측 승하강 구동기(230)가 전후이동하도록 구동시키는 구동기이다.
특히, 상기 연동구동기(300)는 상기 일측 리코터부(100)와 상기 타측 리코터부(200)가 서로 프린터 본체(10)의 전방 또는 후방으로 상호간에 연동하여 작동이 이루어질 수 있도록 구동한다.
구체적으로, 상기 연동구동기(300)는, 링벨트(310)와 정역구동모터(320)를 포함하여 구성된다.
상기 연동구동기(300)의 링벨트(310)는 상기 일측 왕복 가이드(140) 및 타측 왕복 가이드(240)를 따라 회전 가능하게 연장형성되고, 일측 부분이 상기 일측 승하강 구동기(130)에 고정됨과 함께 타측 부분이 상기 타측 승하강 구동기(230)에 고정된다.
따라서, 상기 링벨트(310)가 회전 동작 시 상기 일측 승하강 구동기(130)와 타측 승하강 구동기(230)가 동시에 함께 일체화되어 이동하게 된다.
상기 정역구동모터(320)는 상기 링벨트(310)를 정방향 또는 역방향으로 회전시키기 위한 구동수단으로서, 상기 정역구동모터(320)의 정방향 또는 역방향 회전에 의해 상기 일측 승하강 구동기(130)가 상기 일측 왕복 가이드(140)를 따라 왕복이동함과 동시에 상기 타측 승하강 구동기(230)가 상기 타측 왕복 가이드(240)를 따라 왕복이동할 수 있게 된다.
다음으로, 상기 일측 리코터부(100), 타측 리코터부(200) 및 연동구동기(300)의 동작을 제어하는 제어부에 대하여 설명하도록 한다.
상기 제어부는 상기 일측 리코터부(100), 타측 리코터부(200) 및 연동구동기(300)의 동작을 제어하며, 구체적으로, 상기 일측 승하강 구동기(130)와 상기 타측 승하강 구동기(230)의 위치에 근거하여 상기 일측 승하강 구동기(130)의 승하강 동작과, 상기 타측 승하강 구동기(230)의 승하강 동작과, 상기 정역구동모터(320)의 정방향 또는 역방향 회전 동작을 제어한다.
상기 제어부는 상기 일측 승하강 구동기(130) 또는 상기 타측 승하강 구동기(230) 중 어느 하나의 초기 위치와 분말층 형성 완료 위치를 각각 센싱하는 초기위치센서(S1)와 완료위치센서(S2)를 포함하여 구성된다.
예컨대, 상기 초기위치센서(S1)와 완료위치센서(S2)는 일측 승하강 구동기(130)의 초기 위치와 분말층 형성 완료 위치를 각각 센싱하는 위치에 설치될 수 있으며, 이때, 상기 초기 위치는 상기 일측 리코터 블레이드(110)가 상기 분말공급부(11)보다 더 후방에 위치한 일 지점이 될 수 있고, 상기 분말층 형성 완료 위치는 상기 일측 리코터 블레이드(110)가 상기 적층조형부(12)보다 더 전방에 위치한 일 지점이 될 수 있다.
한편, 상기 초기위치센서(S1)와 완료위치센서(S2)는 타측 승하강 구동기(230)의 초기 위치와 분말층 형성 완료 위치를 각각 센싱하는 위치에 설치될 수도 있음은 물론이다.
이하에서는, 상기 초기위치센서(S1)와 완료위치센서(S2)가 일측 승하강 구동기(130)의 초기 위치와 분말층 형성 완료 위치를 각각 센싱하는 위치에 설치된 경우를 예시하여 설명하도록 한다.
상기 제어부는, 상기 초기위치센서(S1)에서 상기 일측 승하강 구동기(130)의 위치가 감지된 경우에 상기 일측 승하강 구동기(130)가 하강하도록 제어함과 함께 타측 승하강 구동기(230)가 상승하도록 제어한다.
상기 제어부는, 상기 완료위치센서(S2)에서 상기 일측 승하강 구동기(130)의 위치가 감지된 경우에 상기 일측 승하강 구동기(130)가 상승하도록 제어함과 함께 타측 승하강 구동기(230)가 하강하도록 제어한다.
한편, 상기 제어부는 상기 일측 리코터부(100)의 일측 승하강 구동기(130) 또는 상기 타측 리코터부(200)의 타측 승하강 구동기(230) 중 어느 하나의 전방측 제한 위치와 후방측 제한 위치를 각각 센싱하는 전방제한센서(S3)와 후방제한센서(S4)를 포함하여 구성된다.
예컨대, 상기 전방제한센서(S3)와 후방제한센서(S4)는 상기 타측 승하강 구동기(230)의 전방측 제한 위치와 후방측 제한 위치를 각각 센싱하는 위치에 설치될 수 있으며, 상기 전방 제한 위치는 상기 타측 승하강 구동기(230)의 전방측 이동 한계 위치이고, 상기 후방측 제한 위치는 상기 타측 승하강 구동기(230)의 후방측 이동 한계 위치이다.
한편, 상기 전방제한센서(S3)와 후방제한센서(S4)는 상기 일측 승하강 구동기(130)의 전방측 제한 위치와 후방측 제한 위치를 각각 센싱하는 위치에 설치될 수도 있음은 물론이다.
이하에서는, 상기 전방제한센서(S3)와 후방제한센서(S4)가 타측 승하강 구동기(230)의 초기 위치와 분말층 형성 완료 위치를 각각 센싱하는 위치에 설치된 경우를 예시하여 설명하도록 한다.
상기 제어부는, 상기 전방제한센서(S3)에서 상기 타측 승하강 구동기(230)가 감지된 경우에 상기 정역구동모터(320)를 정방향 회전시켜 상기 타측 승하강 구동기(230)가 후방을 향하여 이동하도록 제어함과 함께 상기 일측 승하강 구동기(130)가 전방을 향하여 이동하도록 제어한다.
상기 제어부는, 상기 후방제한센서(S4)에서 상기 타측 승하강 구동기(230)가 감지된 경우에 상기 정역구동모터(320)를 역방향 회전시켜 상기 타측 승하강 구동기(230)가 전방을 향하여 이동하도록 제어함과 함께 상기 일측 승하강 구동기(130)가 후방을 향하여 이동하도록 제어한다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터에 구비되는 분말층 형성 장치의 작동을 도시한 작동순서도이며, 이하에서, 도 7a 내지 도 7b를 참조하여 상기 분말층 형성 장치의 작동에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 일측 리코터부(100)가 초기 위치에 위치하고, 타측 리코터부(200)가 분말층 형성 완료 위치에 위치하는 상태가 됨에 따라, 초기위치센서(S1)가 상기 일측 리코터부(100)의 위치를 감지하게 되고, 상기 제어부에 의해 상기 일측 승하강 구동기(130)가 하강제어됨과 함께 타측 승하강 구동기(230)가 상승제어된다.
한편, 상기 전방제한센서(S3)에서 상기 타측 승하강 구동기(230)가 감지됨에 따라, 상기 정역구동모터(320)가 정방향으로 회전제어되고, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 타측 승하강 구동기(230)가 후방을 향하여 이동하도록 제어됨과 함께 상기 일측 승하강 구동기(130)가 전방을 향하여 이동하도록 제어된다.
이러한 과정을 통해 상기 일측 리코터부(100)에 의해 분말공급부(11)의 분말이 적층조형부(12)로 이동되어 분말층이 형성된다.
다음으로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 일측 리코터부(100)가 분말층 형성 완료 위치에 위치하게 됨에 따라 완료위치센서(S2)가 상기 일측 리코터부(100)의 위치를 감지하게 되고, 상기 제어부에 의해 상기 일측 승하강 구동기(130)가 상승제어됨과 함께 타측 승하강 구동기(230)가 하강제어된다.
한편, 상기 후방제한센서(S4)에서 상기 타측 승하강 구동기(230)가 감지됨에 따라, 상기 정역구동모터(320)가 역방향으로 회전제어되고, 도 7d에 도시된 바와 같이, 상기 타측 승하강 구동기(230)가 전방을 향하여 이동하도록 제어됨과 함께 상기 일측 승하강 구동기(130)가 후방을 향하여 이동하도록 제어된다.
이러한 과정을 통해 상기 타측 리코터부(200)에 의해 분말공급부(11)의 분말이 적층조형부(12)로 이동되어 분말층이 형성된다.
한편, 상기 초기위치센서(S1)와 완료위치센서(S2)에 의한 일측 승하강 구동기(130)와 타측 승하강 구동기(230)의 승하강 동작 시점과 상기 전방제한센서(S3)와 후방제한센서(S4)에 의한 정역구동모터(320)의 정방향 또는 역방향 회전 동작 시점은 동일한 시점에 이루어지거나 소정의 시간차를 두고 이루어질 수 있다.
한편, 상기에서는 상기 초기위치센서(S1)와 완료위치센서(S2), 상기 전방제한센서(S3)와 후방제한센서(S4)를 이용하여 제어부의 제어가 이루어지지만, 초기위치센서(S1)와 완료위치센서(S2)만을 이용하여 제어부가 제어하도록 구성할 수도 있음은 물론이다.
예를 들어, 초기위치센서(S1)에서 일측 리코터부(100)의 위치를 감지한 경우에, 상기 일측 리코터부(100)의 일측 승하강 구동기(130)를 하강시킴과 함께 상기 타측 리코터부(200)의 타측 승하강 구동기(230)를 상승시키는 제어를 하고, 소정 시간 이후에 상기 일측 리코터부(100)가 전방측으로 이동함과 함께 상기 타측 리코터부(200)가 후방측으로 이동하도록 연동구동기(300)를 제어할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.
100:일측 리코터부 110:일측 리코터 블레이드
120:일측 리코터 암 130:일측 승하강 구동기
140:일측 왕복 가이드 200:타측 리코터부
210:타측 리코터 블레이드 220:타측 리코터 암
230:타측 승하강 구동기 240:타측 왕복 가이드
300:연동구동기 310:링벨트
320:정역구동모터 400:제어부
S1:초기위치센서 S2:완료위치센서
S3:전방제한센서 S4:후방제한센서

Claims (10)

  1. 분말공급부를 통해 공급되는 분말을 조형빔의 조사 영역인 적층조형부로 이동시켜 분말층을 형성하는 분말층 형성장치를 포함하는 3차원 프린터로서,
    상기 분말층 형성장치는,
    상기 분말공급부의 분말을 상기 적층조형부로 이동시켜 분말층의 형성을 완료시키는 분말층 형성 완료 위치로 이동하는 스윕핑 동작 및 분말층 형성 완료 후 상기 분말공급부의 분말을 스윕하기 위한 초기 위치로 복귀하는 복귀 동작을 수행하는 한 쌍의 리코터부;를 포함하며,
    일측 리코터부가 스윕핑 동작을 수행 시 타측 리코터부가 연동하여 복귀 동작을 수행하고, 일측 리코터부가 복귀 동작을 수행 시 타측 리코터부가 연동하여 스윕핑 동작을 수행하도록 구성된 3차원 프린터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분말공급부와 적층조형부는 프린터 본체 상부에 위치하도록 구성되고,
    상기 일측 리코터부 및 타측 리코터부는 상기 프린터 본체 상부에 근접하게 위치하여 스윕핑 동작을 수행하고, 상기 프린터 본체 상부에서 이격되어 복귀 동작을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 일측 리코터부는,
    일측 리코터 블레이드; 상기 일측 리코터 블레이드가 장착되는 일측 리코터 암; 상기 프린터 본체의 일측에 구비되어 상기 일측 리코터 암의 승하강을 위한 일측 승하강 구동기; 및 상기 프린터 본체의 일측에 구비되어 상기 일측 승하강 구동기의 전후이동을 위한 일측 왕복 가이드;를 포함하여 구성되고,
    상기 타측 리코터부는,
    타측 리코터 블레이드; 상기 타측 리코터 블레이드가 장착되는 타측 리코터 암; 상기 프린터 본체의 타측에 구비되어 상기 타측 리코터 암의 승하강을 위한 타측 승하강 구동기; 및 상기 프린터 본체의 타측에 구비되어 상기 타측 승하강 구동기의 전후이동을 위한 타측 왕복 가이드;를 포함하여 구성되며,
    상기 일측 왕복 가이드를 따라 상기 일측 승하강 구동기가 전후이동하도록 구동시킴과 함께 상기 타측 왕복 가이드를 따라 상기 타측 승하강 구동기가 전후이동하도록 구동시키는 연동구동기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연동구동기는,
    상기 일측 왕복 가이드 및 타측 왕복 가이드를 따라 회전 가능하게 연장되고, 상기 일측 승하강 구동기와 상기 타측 승하강 구동기에 각각 고정된 링벨트;
    상기 링벨트를 정방향 또는 역방향으로 회전시킴에 따라 상기 일측 승하강 구동기가 상기 일측 왕복 가이드를 따라 왕복이동함과 동시에 상기 타측 승하강 구동기가 상기 타측 왕복 가이드를 따라 왕복이동하도록 구동시키는 정역구동모터;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 일측 승하강 구동기와 상기 타측 승하강 구동기의 위치에 근거하여, 상기 일측 승하강 구동기와 상기 타측 승하강 구동기의 승하강 동작 및 상기 정역구동모터의 회전방향을 제어하는 제어부;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 일측 승하강 구동기 또는 상기 타측 승하강 구동기 중 어느 하나의 초기 위치와 분말층 형성 완료 위치를 각각 센싱하는 초기위치센서와 완료위치센서;를 포함하여 구성되되,
    상기 초기위치센서와 완료위치센서에서 센싱된 위치 정보에 근거하여 상기 일측 승하강 구동기 및 상기 타측 승하강 구동기의 승하강 동작을 연동하여 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 일측 승하강 구동기의 초기 위치와 분말층 형성 완료 위치를 각각 센싱하는 초기위치센서와 완료위치센서;를 포함하여 구성되되,
    상기 초기위치센서에서 상기 일측 승하강 구동기의 위치가 감지된 경우에 상기 일측 승하강 구동기가 하강하도록 제어함과 함께 타측 승하강 구동기가 상승하도록 제어하며,
    상기 완료위치센서에서 상기 일측 승하강 구동기의 위치가 감지된 경우에 상기 일측 승하강 구동기가 상승하도록 제어함과 함께 타측 승하강 구동기가 하강하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 일측 리코터부의 일측 승하강 구동기 또는 상기 타측 리코터부의 타측 승하강 구동기 중 어느 하나의 전방측 제한 위치와 후방측 제한 위치를 각각 센싱하는 전방제한센서와 후방제한센서;를 포함하여 구성되며,
    상기 전방제한센서와 후방제한센서에서 센싱된 위치 정보에 근거하여 상기 정역구동모터의 정방향 또는 역방향 회전을 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타측 승하강 구동기의 전방측 제한 위치와 후방측 제한 위치를 각각 센싱하는 전방제한센서와 후방제한센서;를 포함하여 구성되되,
    상기 전방제한센서에서 상기 타측 승하강 구동기가 감지된 경우에 상기 정역구동모터를 정방향 회전시켜 상기 타측 승하강 구동기가 후방을 향하여 이동하도록 제어함과 함께 상기 일측 승하강 구동기가 전방을 향하여 이동하도록 제어하고,
    상기 후방제한센서에서 상기 타측 승하강 구동기가 감지된 경우에 상기 정역구동모터를 역방향 회전시켜 상기 타측 승하강 구동기가 전방을 향하여 이동하도록 제어함과 함께 상기 일측 승하강 구동기가 후방을 향하여 이동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  10. 분말공급부를 통해 공급되는 분말을 조형빔의 조사 영역인 적층조형부로 이동시켜 분말층을 형성하는 3차원 프린터용 분말층 형성장치로서,
    상기 분말공급부의 분말을 상기 적층조형부로 이동시켜 분말층의 형성을 완료시키는 분말층 형성 완료 위치로 이동하는 스윕핑 동작 및 분말층 형성 완료 후 상기 분말공급부의 분말을 스윕하기 위한 초기 위치로 복귀하는 복귀 동작을 수행하는 한 쌍의 리코터부;를 포함하며,
    일측 리코터부가 스윕핑 동작을 수행 시 타측 리코터부가 연동하여 복귀 동작을 수행하고, 일측 리코터부가 복귀 동작을 수행 시 타측 리코터부가 연동하여 스윕핑 동작을 수행하도록 구성된 3차원 프린터용 분말층 형성장치.
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