KR20190104839A - 삼차원 적층 기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부 공간이 형성되고, 일측에 분말을 소결하는 레이저가 구비되는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되어, 공급된 분말이 다수의 분말층으로 순차 적층되는 작업부; 상기 작업부 일측에, 분말을 공급하는 분말 공급부; 상기 분말 공급부와 동시에 좌, 우로 이동되고, 상기 레이저에 의해 분말이 소결 될 때 날리는 잔여물, 및 상기 분말 공급부에서 상기 작업부로 분말이 공급될 때 날리는 분진물을 상기 작업부 외측으로 벗어나는 것을 방지하는 방지 케이스를 구비하는 슬라이더부; 및 상기 작업부에서 적층 완료된 성형물을 빼내기 위해, 상기 슬라이더부와 교체되는 밀폐 슬라이더부;를 포함하는 삼차원 적층 기기를 제공한다.

Description

삼차원 적층 기기{3D dimensional laminating machine}

본 발명은 삼차원 적층 기기에 관한 것이다.

대한민국 등록특허 제1705696호에 기재된 배경기술을 참조하면, 일반적으로 프린터는 프린트 대상물에 문자, 도안 등을 인쇄하는 장치를 의미하며, 컴퓨터에 연결하여 지면에 인쇄하는 프린터 장치 등은 업무용, 가정용으로 널리 사용되고 있다.

일반적으로, CAD 프로그램으로 설계한 컴퓨터 파일에서 입체로 된 기계 부품 등을 인쇄하듯 실물모형을 만드는 장치를 삼차원 적층 기기라고 하며, 삼차원 적층 기기의 발전과 확산이 제조업계의 화두로 등장하였다.

삼차원 적층 기기 방식에는 광경화성 수지에 레이저 광선을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(Stereo Lithographic 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.

이러한 삼차원 적층 기기는, 작업부 일측 면적에 분말층을 쌓아, 성형물을 제작한다.

성형물의 제작이 완료되었을 때, 작업부 내부에 성형물과 동시에 쌓인 분말들을 붓, 진공 기기 등과 같은 사용 방식으로 성형물에 쌓인 분말을 제거 및 재사용 가능한 분말을 거르기 때문에, 붓 사이에 분말이 끼거나, 진공 기기 내부 기기에 분말이 끼어 분말이 낭비될 뿐만 아니라, 작업부 내부 청소 이외에 또 다른 기기를 청소해야하는 번거로운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 분말이 낭비되는 것을 방지할 수 있는 삼차원 적층 기기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부 공간이 형성되고, 일측에 분말을 소결하는 레이저가 구비되는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되어, 공급된 분말이 다수의 분말층으로 순차 적층되는 작업부; 상기 작업부 일측에, 분말을 공급하는 분말 공급부; 상기 분말 공급부와 동시에 좌, 우로 이동되고, 상기 레이저에 의해 분말이 소결 될 때 날리는 잔여물, 및 상기 분말 공급부에서 상기 작업부로 분말이 공급될 때 날리는 분진물을 상기 작업부 외측으로 벗어나는 것을 방지하는 방지 케이스를 구비하는 슬라이더부; 및 상기 작업부에서 적층 완료된 성형물을 빼내기 위해, 상기 슬라이더부와 교체되는 밀폐 슬라이더부;를 포함한다.

상기 슬라이더부는, 상기 작업부 방향으로, 좌우로 이동되는 제1작업 테이블와, 상기 제1작업 테이블과 슬라이딩 결합되는 제2작업 테이블을 포함할 수 있고, 상기 제2작업 테이블는, 수직으로 상기 방지 케이스가 설치될 수 있다.

상기 제2작업 테이블는, 상기 방지 케이스가 상기 제2작업 테이블에서 탈락되는 것을 방지하기 위한 탈락 방지부를 포함할 수 있다.

상기 제1작업 테이블 및 제2작업 테이블는, 결합되었을 때, 상기 제2작업 테이블이 상기 제1작업 테이블에서 탈락되는 것을 방지하기 위한 이동방지부를 포함할 수 있다.

상기 밀폐 슬라이더부는, 상기 제2작업 테이블과 교체되될 수 있다.

상기 밀폐 슬라이더부는, 상기 작업부 내부에 작업 완료된 성형물을 전달받아, 성형물에 쌓인 분말들 중 재 사용 가능한 분말들을 걸러낼 수 있다.

상기 밀폐 슬라이더부는, 상기 제2작업 테이블과 교체될 때, 상기 작업부의 적층 완료된 성형물에 쌓여있는 분진 및 분말들이 외부로 날림 및 흘림을 방지하기 위해 밀폐될 수 있다.

상기 밀폐 슬라이더부는, 상부 측에, 사용되지 못하는 분말들을 걸러내는 걸림망을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 삼차원 적층 기기는 작업부 일측 면적에 분말층을 쌓아, 성형물을 제작한다.

이러한 성형물의 제작이 완료되었을 때, 작업부 내부에 성형물과 동시에 쌓인 분말들을 붓, 진공 기기 등과 같은 2차 걸러냄 방식(도구) 없이, 작업부에 담겨진 상태 그대로 꺼내어 재사용 가능한 분말을 단번에 거를 수 있는 효과를 갖는다.

더불어, 2차 걸러냄 방식을 사용하게 되면, 붓, 진공 기기 등에 남아있는 잔여물들을 3차로 청소해야 하는데, 사이사이 끼어 있는 분말들이 완벽하게 청소되지 않아, 분말물이 낭비되는 것이 문제점이었다. 그러나 2차 걸러냄 방식을 사용하지 않아도 됨으로써, 분말의 대한 비용절감이 상승되는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 삼차원 적층 기기를 나타낸 도면,
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 삼차원 적층 기기의 슬라이더부에 제1작업 테이블 및 제2작업 테이블이 슬라이딩 결합된 상태를 나타낸 도면,
도 4는 도 2에 도시된 삼차원 적층 기기의 밀폐 슬라이더부를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 삼차원 적층 기기를 나타낸 도면이고, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 삼차원 적층 기기의 슬라이더부에 제1작업 테이블 및 제2작업 테이블이 슬라이딩 결합된 상태를 나타낸 도면이며, 도 4는 도 2에 도시된 삼차원 적층 기기의 밀폐 슬라이더부를 나타낸 도면이다.

도시된 도 1 내지 4를 참조하면, 삼차원 적층 기기는, 챔버(100)와, 작업부(200)와, 분말 공급부(300)와, 슬라이더부(400) 및 밀폐 슬라이더부(500)를 포함한다.

챔버(100)는, 내부 공간이 형성되고, 일측에 분말을 소결하는 레이저가 구비된다.

작업부(200)는, 챔버(100) 내부에 설치된다. 또한 작업부(200)는 작업 테이블(210)을 포함할 수 있다. 여기서 작업 테이블(210)은 상부에 분말이 적층될 수 있다. 즉 작업 테이블(210)에는 분말층이 순착적으로 적층되면서 제조하고자 하는 제품으로 용착될 수 있다. 또한 작업 테이블(210)은 하방에 피스톤 방식의 이동부(220)가 설치된다. 이동부(220)는 z축 방향으로 수직 이동할 수 있다. 이러한 이동부(220)는 제어부(미도시)에 의해 제어의해 제어된다.

또한 이동부(220)는 상면에 놓여진 분말소재가, 작업 테이블(210) 상부에 설치되는 레이저에 의해 소결되면, 이동부(220)에 의해 아래로 수직 하강하여 소결된 분말소재 위에 새로운 분말소재가 일정두께로 적층될 수 있도록 한다.

분말 공급부(300)는, 작업 테이블(210)로 분말을 공급하기 위해 분말을 수용한다. 이를 위해, 분말 공급부(300)는 분말 저장부(310)와, 블레이드(320)를 포함할 수 있다. 여기서 도시된 도 1을 참조하면, 분말 저장부(310)는, 분말 공급부(300)가 좌, 우로 이동하면서 작업 테이블(210) 상부에 분말층을 형성하고 남은 분말을 저장할 수 있다. 또한 분말 저장부(310)는 별도의 승하강기구를 필요로 하지 않는다. 즉, 분말 저장부(310)는 슬라이드 방식으로 교체할 수 있다. 이로 인한 분말 저장부(310)의 슬라이드 교체 방식은 남은 분말, 작업부(200) 및 작업 테이블(210)에서 낙하된 분말들을 편리하게 비울 수 있는 효과를 갖는다. 또한 분말 공급부(300)는 분말 저장부(310)와 더불어 작업 테이블(210)과 일렬로 배치되는 것이 바람직하다.

블레이드(320)는 분말 공급부(300)를 통해 토출된 분말이, 다수의 층으로 적층되는 작업 테이블(210)에 분말을 쌓고, 쌓인 분말을 평탄하게 할 수 있다. 또한 블레이드(320)는 열전도율이 높은 금속재질로 이루어져 있다. 다만 이는 예시일 뿐, 금속처럼 열전도율이 높은 재질이면 그 재질로 대체가능하다. 여기서 분말 공급부(300)와 블레이드(320)는 일체로 결합될 수 있다.

슬라이더부(400)는, 분말 공급부(300)와 동시에 좌, 우로 이동된다. 이를 위해 슬라이더부(400)는 제1이동부(410) 및 제2이동부(420)를 포함할 수 있다. 여기서 제1이동부는 작업부(200) 방향으로 좌우로 이동될 수 있다. 그리고 제2이동부(420)는 제1이동부(410)와 슬라이딩 결합될 수 있다. 또한 제2이동부(420)에는 수직으로 방지 케이스(421)가 설치될 수 있다. 방지 케이스(421)는 레이저에 의해 분말이 소결 될 때 날리는 잔여물, 및 분말 공급부(300)에서 작업부(200)로 분말이 공급될 때 날리는 분진물을 작업부(200)(작업 테이블;210) 포함) 외측으로 벗어나는 것을 방지할 수 있다. 또한 방지 케이스(421)는 작업부(200)(작업테이블;210)에 적층되는 분말층을 작업자가 육안으로 볼 수 있게 투명재질로 제작될 수 있다. 또한 제2이동부(420)는 방지 케이스(421)가 제2이동부(420)에서 탈락되는 것을 방지하기 위한 복수개의 탈락 방지부(422)를 포함할 수 있다. 이러한 탈락 방지부(422)는 방지 케이스(421) 일측에 일체로 결합된 다단 바(422a)와, 제2이동부(420)의 일측 단과 결합되는 것이다. 이 때, 탈락 방지부(422)는 다단 바(422a)를 고정시키도록 접촉되는 접촉부(422b)와, 접촉부(422b)와 일체 결합되어 있고, 제2이동부(420)의 일측 단과 결합되어, 방지 케이스(421)의 탈착을 방지하는 고정부(422c)가 설치될 수 있다. 여기서 접촉부(422b)와 고정부(422c)는 일정 간격이 있어, 슬라이더부(400)가 이동될 때 방지 케이스(421)의 미세한 이동의 탄성 및 탄력을 방지하기 위한 탄력방지부(미도시)가 설치될 수 있다. 이러한 탄력방지부는 스프링일 수 있다. 다만 이는 예시일 뿐, 스프링과 같은 탄성 및 탄력을 방지하는 재질이면, 그 재질로 대체 가능하다.

또한, 제1이동부(410) 및 제2이동부(420)가 결합되었을 때, 제2이동부(420)가 제1이동부(410)에서 탈락되는 것을 방지하기 위한 이동방지부(430)를 더 포함할 수 있다. 도시된 도면에는 한 개의 개수만 장착되어 있지만 이는 예시일 뿐, 슬라이더부(400) 양측에 복수개로 장착될 수 있다.

밀폐 슬라이더부(500)는 작업부(200)에서 적층 완료된 성형물을 빼내기 위해, 슬라이더부(400)와 교체된다. 이로 인해, 밀폐 슬라이더부(500)는 작업부(200) 내부에 작업 완료된 성형물을 전달받아, 성형물에 쌓인 분말들 중 재 사용 가능한 분말들을 손쉽게 걸러낼 수 있다. 이로 인해, 밀폐 슬라이더부(500) 상부에는 분말이 쏟아지는 홀(510)이 형성될 수 있다. 또한 분말이 쏟아지는 홀(510)에 사용가능한 분말 이외에 소결 중 타버린 분말의 잔여물 등을 걸러내기 위한 걸림망(미도시)이 더 포함될 수 있다. 또한 밀폐 슬라이더부(500)는 제2이동부(420)와 교체될 때, 작업부(200)의 적층 완료된 성형물에 쌓여있는 분진 및 분말들이 외부로 날림 및 흘림을 방지하기 위해 밀폐될 수 있다. 또한 밀폐 슬라이더부(500)는, 사용자가 슬라이딩 할 때, 밀폐 슬라이더부(500)를 손쉽게 들 수 있는 손잡이(520)가 포함될 수 있다. 또한 밀폐 슬라이더부(500)는, 홀(501)에서 분말이 탈락되는 것을 방지하기 위해 사용자가 선택적으로 홀(501)을 개폐할 수 있는 개폐부(530)가 더 포함될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 삼차원 적층 기기에서는, 성형 제작이 완료되었을 때, 완료된 성형물을 꺼내기 위해 다음과 같은 순서에 의해 작업을 수행한다.

우선, 밀폐 슬라이더부(500)는 슬라이더부(400)에 제2이동부(420)와 교체 장착된 상태에서 작업부(200) 측으로 이동된다.

다음으로, 작업 완료된 성형물은 작업 테이블(210) 위에 장착된 상태로, 이동부에 의해 상부로 올라오게 된다. 그러면 밀폐 슬라이더부(500) 하부의 내측 둘레를 따라 작업 테이블(210)이 밀폐 슬라이더부(500) 하부 끝단에 삽입된다.

다음으로, 밀폐 슬라이더부(500) 하부 끝단에 삽입된 상태에서 고정시키기 위해, 밀폐 슬라이더부(500) 하부 끝단에 형성된 홀과 동일한 크기의 작업 테이블(210) 외측 둘레에 형성되는 홀을 동시에 관통할 수 있는 나사 또는 볼트로 고정시킨다.

다음으로, 밀폐 슬라이더부(500)와 결합된 작업 테이블(210)을, 제1이동부(410)에서 슬라이딩하여 탈락시킨다.

그 다음으로, 도시되지 않았지만 사용가능한 분말을 거르기 위한 분말통에 밀폐 슬라이더부(500)를 뒤집어, 성형물과 동시에 쌓여있는 분말들을 털어낸다.

따라서, 완료된 성형물을 꺼내기 위해, 삼차원 적층 기기 이외에 기구(붓, 진공 기기 등)를 사용하지 않기 때문에, 분말의 대한 비용절감이 상승되는 장점을 갖는다.

한편, 작업부(200)와, 분말 공급부(300)와 슬라이더부(400)의 이동방법은 도시되지 않았지만 모터로 이동될 수 있다. 여기서, 모터는 공지기술 이므로 자세한 설명은 생략한다.

더불어, 작업부(200)의 외측 둘레는, 슬라이더부(400)의 하부 끝단과, 밀폐 슬라이더부(500)의 끝단의 둘레와 동일하다.

이와 같이, 본 발명의 삼차원 적층 기기에 의하면, 작업부(200) 일측 면적에 분말층을 쌓아, 성형물을 제작한다.

이러한 성형물의 제작이 완료되었을 때, 작업부(200) 내부에 성형물과 동시에 쌓인 분말들을 붓, 진공 기기 등과 같은 2차 걸러냄 방식(도구) 없이, 작업부(200)에 담겨진 상태 그대로 꺼내어 재사용 가능한 분말을 단번에 거를 수 있는 효과를 갖는다.

더불어, 2차 걸러냄 방식을 사용하게 되면, 붓, 진공 기기 등에 남아있는 잔여물들을 3차로 청소해야 하는데, 사이사이 끼어 있는 분말들이 완벽하게 청소되지 않아, 분말물이 낭비되는 것이 문제점이었다. 그러나 2차 걸러냄 방식을 사용하지 않아도 됨으로써, 분말의 대한 비용절감이 상승되는 효과를 갖는다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 챔버
200 : 작업부
210 : 작업 테이블
220 : 이동부
300 : 분말 공급부
310 : 분말 저장부
320 : 블레이드
400 : 슬라이더부
410 : 제1이동부
420 : 제2이동부
421 : 방지 케이스
422 : 탈락 방지부
422a :　다단 바
422b : 접촉부
422c : 고정부
430 : 이동방지부
500 : 밀폐 슬라이더부
510 : 홀
520 : 손잡이
530 : 개폐부

Claims (8)

1. 내부 공간이 형성되고, 일측에 분말을 소결하는 레이저가 구비되는 챔버;
   상기 챔버 내부에 설치되어, 공급된 분말이 다수의 분말층으로 순차 적층되는 작업부;
   상기 작업부 일측에, 분말을 공급하는 분말 공급부;
   상기 분말 공급부와 동시에 좌, 우로 이동되고, 상기 레이저에 의해 분말이 소결 될 때 날리는 잔여물, 및 상기 분말 공급부에서 상기 작업부로 분말이 공급될 때 날리는 분진물을 상기 작업부 외측으로 벗어나는 것을 방지하는 방지 케이스를 구비하는 슬라이더부; 및
   상기 작업부에서 적층 완료된 성형물을 빼내기 위해, 상기 슬라이더부와 교체되는 밀폐 슬라이더부;를 포함하는 삼차원 적층 기기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 슬라이더부는,
   상기 작업부 방향으로, 좌우로 이동되는 제1작업 테이블와,
   상기 제1작업 테이블과 슬라이딩 결합되는 제2작업 테이블을 포함하고,
   상기 제2작업 테이블는,
   수직으로 상기 방지 케이스가 설치되는 삼차원 적층 기기.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제2작업 테이블는,
   상기 방지 케이스가 상기 제2작업 테이블에서 탈락되는 것을 방지하기 위한 탈락 방지부를 포함하는 삼차원 적층 기기.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1작업 테이블 및 제2작업 테이블는,
   결합되었을 때, 상기 제2작업 테이블이 상기 제1작업 테이블에서 탈락되는 것을 방지하기 위한 이동방지부를 포함하는 삼차원 적층 기기.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 밀폐 슬라이더부는,
   상기 제2작업 테이블과 교체되는 것인 삼차원 적층 기기.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 밀폐 슬라이더부는,
   
   상기 작업부 내부에 작업 완료된 성형물을 전달받아, 성형물에 쌓인 분말들 중 재 사용 가능한 분말들을 걸러내는 것인 삼차원 적층 기기.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 밀폐 슬라이더부는,
   상기 제2작업 테이블과 교체될 때, 상기 작업부의 적층 완료된 성형물에 쌓여있는 분진 및 분말들이 외부로 날림 및 흘림을 방지하기 위해 밀폐되는 삼차원 적층 기기.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 밀폐 슬라이더부는,
   상부 측에, 사용되지 못하는 분말들을 걸러내는 걸림망을 더 포함하는 삼차원 적층 기기.

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