KR20190119200A - Apparatus and method for molding three-dimensional article - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 물품의 성형장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명은 적층시 층간 결함을 없애고 접합력을 높이기 위한 3차원 물품의 성형장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for forming a three-dimensional article, and more particularly, the present invention relates to an apparatus and method for forming a three-dimensional article for removing the interlayer defects in the lamination and to increase the bonding force.
적층(additive) 방식으로 3차원 물품을 성형하는 방법은, 일반적으로 이루어지는 절삭(subtractive) 방식에 비해, 복잡한 형상 구현이 용이하고, 공구 및 금형 비용이 절감되며, 제조 공정이 감소하는 등의 장점으로 인해 최근 각광을 받고 있다.The method of forming a three-dimensional article in an additive method has advantages such as easy implementation of complex shapes, reduced tooling and mold costs, and reduced manufacturing process, compared to a conventional subtractive method. Due to the recent spotlight.
금속이나 세라믹과 같은 경질 재료를 사용하여 3차원 프린팅 방법으로 물체를 성형하게 되면, 항공, 의료, 금형 등 다양한 산업분야에 적용할 수 있기 때문에, 플라스틱에 비해 산업적 이점이 크다.If an object is molded by a three-dimensional printing method using a hard material such as a metal or a ceramic, it can be applied to various industries such as aviation, medical, mold, etc., and thus has an industrial advantage over plastics.
한편, 금속으로 이루어진 재료를 3차원 구조로 성형하는 방법으로는, 일반적으로 PBF(Powder Bed Fusion)방식, DED(Direct Energy Deposition) 방식, 또는 Sheet lamination 방식 등이 고려되고 있다.On the other hand, as a method of forming a metal material into a three-dimensional structure, a powder bed fusion (PBF) method, a direct energy deposition (DED) method, a sheet lamination method and the like are generally considered.
이중 PBF 방식의 경우, 소재 분말을 한 층씩 얇게 펼쳐서 분말층(powder layer)를 형성한 후, 레이저 조사나 전자빔 조사 등과 같은 방법을 통해 원하는 형상의 단면 정보대로 분말을 용융/응고하여 최종적으로 3차원 물품을 얻는 방식인데, 분말 제조 기술의 한계로 인해 사용할 수 있는 물질에 제한이 있고, 서로 다른 금속을 복합적으로 성형하기 어렵고, 분말의 가격이 매우 높은 문제점이 있다.In the case of the double PBF method, a powder layer is formed by spreading the material powder thinly one by one, and then the powder is melted and solidified according to the cross-sectional information of a desired shape through a method such as laser irradiation or electron beam irradiation. The method of obtaining the article, there is a limitation in the material that can be used due to the limitations of the powder manufacturing technology, it is difficult to mold different metals in combination, and the price of the powder is very high.
또한, DED 방식의 경우, 레이저와 같은 고출력 에너지원을 사용하여 금속을 용해하거나 용융 풀(pool)을 형성하여 분말을 공급하는 방식으로 적층 공정을 수행하기 때문에, 금속 분말에 대한 제한성이 낮은 방법이다. 그러나, 세라믹 재료에는 적용할 수 없고, 여러 종류의 금속을 혼합하여 새로운 합금을 만들기 어려우며, 성형체의 정밀도가 낮고, 용융 후 급속냉각에 의해 물체가 성형되므로 잔류응력이 커서 제품 불량 발생률도 높은 문제점이 있다.In addition, in the DED method, since the lamination process is performed by dissolving a metal using a high power energy source such as a laser or by forming a molten pool to supply powder, the DED method is a method that has a low restriction on metal powder. . However, it is not applicable to ceramic materials, it is difficult to make a new alloy by mixing various kinds of metals, and the precision of the molded body is low, and the object is molded by rapid cooling after melting, so the residual stress is large, resulting in high product defect rate. have.
또한, Sheet lamination 방식은 시트를 소정 형상으로 절단하여 접합시켜 적층하는 방식인데, 시트로 제공될 수 있는 물질에 제한성이 상당하고, 소재 이용률이 낮으며, 접합 계면 생성물로 인한 접합력 저하 등의 문제점이 있다.In addition, the sheet lamination method is a method of laminating by cutting the sheet into a predetermined shape and laminating it. have.
한편, 분말야금 산업에 사용되는 경제성이 확보된 범용 금속/세라믹 분말과 유기물질로 이루어진 바인더를 포함하는 피드스톡을 압출기를 사용하여 적층(additive)하는 방식으로도 3차원 형상 제품의 성형할 수 있으며, 성형된 3차원 형상의 물품은 탈지 및 소결 공정을 통해 최종적으로 금속 및/또는 세라믹으로 이루어진 물품으로 가공될 수 있다.Meanwhile, a three-dimensional shaped product may be molded by using an extruder to feedstock containing a binder made of general-purpose metal / ceramic powder and an organic material, which is economically secured for the powder metallurgy industry. The molded three-dimensional shaped article can be processed into an article finally made of metal and / or ceramic through a degreasing and sintering process.
이 방식의 경우, 금속과 세라믹의 범용 재료를 사용할 수 있어 소재의 제한성이 거의 없고, 후 소결공정을 통해 제품을 제조하여 제품의 품질이 우수한 이점이 있다.In this method, since the general material of metal and ceramic can be used, there is almost no material limitation, and there is an advantage in that the product quality is excellent by manufacturing the product through a post sintering process.
그런데, 피드스톡의 적층시 층간 계면의 완전한 접합이 발생하지 않을 경우 후속 탈지 및 소결과정에서 결함을 발생시키고 기계적 특성을 현저히 감소시키는 문제점이 있다.By the way, when the stacking of the feedstock does not occur the complete bonding of the interface between the layers there is a problem that causes a defect in the subsequent degreasing and sintering process and significantly reduce the mechanical properties.
본 발명은 기 적층된 층의 상부를 가열한 상태에서 후속하는 층을 적층하여 적층시 층간 결함을 없애고 접합력을 향상시키는 3차원 물품의 성형장치 및 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to provide a molding apparatus and method for forming a three-dimensional article by laminating the subsequent layer in the heating state of the top of the laminated layer to eliminate the interlayer defects in the lamination and improve the bonding force.
또한, 본 발명은 적층과정에서 토출되는 피드스톡 층의 상면을 가압하여 편평하게 만들어 후속하는 층과의 접합면적 및 접합력을 향상시킴과 동시에 압력에 의해 기 적층된 층과의 접합력을 향상시키켜 최종제품의 결함을 제거하기 위한 3차원 물품의 성형장치 및 방법을 제공하는 것이다.In addition, the present invention is to press the top surface of the feedstock layer discharged during the lamination process to flatten to improve the bonding area and bonding strength with the subsequent layer and at the same time to improve the bonding strength with the layer previously laminated by pressure An apparatus and method for forming a three-dimensional article for removing defects of a product are provided.
또한, 본 발명은 적층되는 피드스톡의 편평한 상면에 요철부를 형성하여 열원에 의해 피드스톡이 쉽게 가열되도록 만들고 후속하는 층과의 접합면적을 증가시켜 층간 접합력을 향상시키는 3차원 물품의 성형장치 및 방법을 제공하는 것이다.In addition, the present invention is forming apparatus and method for forming a three-dimensional article to form a concave-convex portion on the flat upper surface of the feedstock to be laminated to easily heat the feedstock by the heat source and to increase the bonding area with the subsequent layer to improve the interlayer bonding force To provide.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 또는 세라믹 분말과 유기물을 포함하는 바인더를 포함하는 피드스톡을 소정의 3차원 물품 형상의 단면 정보에 맞추어 토출하여 적층 성형하는 방법으로, 상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 열원을 배치하여, 기 적층된 층의 상부를 가열한 상태에서, 후속하는 층이 적층되도록 하는, 3차원 물품의 성형방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, the feedstock including a metal or ceramic powder and a binder containing an organic material is ejected according to the cross-sectional information of a predetermined three-dimensional article shape to laminate molding, the feedstock is discharged A method of forming a three-dimensional article is provided, in which a heat source is arranged around a nozzle so that subsequent layers are laminated while the top of the previously laminated layer is heated.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 금속 또는 세라믹 분말과 유기물을 포함하는 바인더를 포함하는 피드스톡을 소정의 3차원 물품 형상의 단면 정보에 맞추어 토출하여 적층 성형하는 방법으로, 상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 스크래퍼를 배치하여, 토출되는 층의 상면을 가압하여 편평하게 만들고, 적층과정에 하부에 위치한 기 적층된 층과의 접합력을 향상시키는, 3차원 물품의 성형방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, the feedstock including a metal or ceramic powder and a binder containing an organic material is ejected according to the cross-sectional information of a predetermined three-dimensional article shape to laminate molding, the feedstock is discharged A scraper is disposed around the nozzle to press the top surface of the discharged layer to make it flat and to improve the bonding force with the previously laminated layer located at the bottom of the lamination process.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 금속 또는 세라믹 분말과 유기물을 포함하는 바인더를 포함하는 피드스톡을 소정의 3차원 물품 형상의 단면 정보에 맞추어 토출하여 적층 성형하는 방법으로, 상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 스크래처를 배치하여 적층되는 피드스톡의 상면에 요철부가 형성되도록 하여, 후속하는 층과의 접합력을 향상시키는, 3차원 물품의 성형방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a feedstock including a binder containing a metal or ceramic powder and an organic material is ejected according to the cross-sectional information of a predetermined three-dimensional article shape by lamination, and the feedstock is discharged. The present invention provides a method for forming a three-dimensional article by arranging a scratcher around a nozzle to form an uneven portion on an upper surface of a stacked feedstock, thereby improving bonding strength with a subsequent layer.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 금속 또는 세라믹 분말과 유기물을 포함하는 바인더를 포함하는 피드스톡을 소정의 3차원 물품 형상의 단면 정보에 맞추어 토출하여 적층 성형하는 방법으로, 상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 열원을 배치하여, 기 적층된 층의 상부를 가열한 상태에서, 후속하는 층이 적층되도록 하며, 상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 스크래퍼를 배치하여, 토출되는 층의 상면을 가압하여 편평하게 만들고, 적층과정에 하부에 위치한 기 적층된 층과의 접합력을 향상시키는, 3차원 물품의 성형방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a feedstock including a binder containing a metal or ceramic powder and an organic material is ejected according to the cross-sectional information of a predetermined three-dimensional article shape by lamination, and the feedstock is discharged. Arranging a heat source around the nozzle to heat the upper part of the pre-laminated layer so that subsequent layers are laminated, and a scraper is disposed around the nozzle for discharging the feedstock, and the upper surface of the discharged layer It provides a method of forming a three-dimensional article by pressing to make it flat, and improves the bonding force with the previously laminated layer located at the bottom during the lamination process.
또한, 상기 노즐의 이동방향으로 연장되어 상기 노즐에 결합된 플레이트에 일렬로 배치된 열원으로 기 적층된 층의 상부를 가열할 수 있다.In addition, the upper portion of the pre-laminated layer may be heated by heat sources arranged in a row on a plate coupled to the nozzle extending in the moving direction of the nozzle.
또한, 상기 노즐의 주위로 원형, 타원형 또는 다각형으로 확장되어 상기 노즐에 결합된 플레이트에 규칙적 또는 불규칙적으로 배치된 열원으로 기 적층된 층의 상부를 가열함과 동시에, 후속하여 적층되는 층을 가열할 수 있다.It is also possible to heat the top of the pre-laminated layer with a heat source regularly or irregularly arranged on a plate joined to the nozzle, extending circularly, elliptical or polygonal around the nozzle. Can be.
또한, 상기 스크래퍼에 일체하여 또는 상기 스크래퍼와 별도로, 스크래처를 구비하여, 토출되는 층의 상면을 가압하여 편평하게 만듦과 동시에, 그 상면에 요철부를 형성할 수 있다.In addition, the scratcher may be provided integrally with or separately from the scraper to press the upper surface of the discharged layer to make it flat and to form an uneven portion on the upper surface thereof.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 또는 세라믹 분말과 유기물을 포함하는 바인더를 포함하는 피드스톡을 소정의 3차원 물품 형상의 단면 정보에 맞추어 토출하는 노즐과, 상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 배치되는 열원을 포함하고, 상기 열원은 기 적층된 층의 상부를 가열한 상태에서, 후속하는 층이 적층되도록 하는, 3차원 물품의 성형장치를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, a nozzle for discharging a feedstock including a binder containing a metal or ceramic powder and an organic material according to cross-sectional information of a predetermined three-dimensional article shape, and the surroundings of the nozzle for discharging the feedstock A heat source disposed in the heat source, wherein the heat source heats the top of the pre-laminated layer, thereby allowing subsequent layers to be laminated.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 금속 또는 세라믹 분말과 유기물을 포함하는 바인더를 포함하는 피드스톡을 소정의 3차원 물품 형상의 단면 정보에 맞추어 토출하는 노즐과, 상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 배치되는 스크래퍼를 포함하고, 상기 스크래퍼로 토출되는 피드스톡 층의 상면을 가압하여 편평하게 만들고, 적층과정에 하부에 위치한 기 적층된 층과의 접합력을 향상시키는, 3차원 물품의 성형장치를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a nozzle for discharging a feedstock including a binder containing a metal or ceramic powder and an organic material in accordance with cross-sectional information of a predetermined three-dimensional article shape, and the surroundings of the nozzle for discharging the feedstock. It includes a scraper disposed in the, to press the top surface of the feedstock layer discharged to the scraper to make it flat, to improve the bonding force with the pre-laminated layer located at the bottom during the lamination process, to provide a molding apparatus of a three-dimensional article do.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 금속 또는 세라믹 분말과 유기물을 포함하는 바인더를 포함하는 피드스톡을 소정의 3차원 물품 형상의 단면 정보에 맞추어 토출하는 노즐과, 상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 배치되는 스크래처를 포함하고, 상기 스크래처로 토출되는 피드스톡의 상면에 요철부가 형성되도록 하여, 후속하는 층과의 접합력을 향상시키는, 3차원 물품의 성형장치를 제공한다.According to still another embodiment of the present invention, a nozzle for discharging a feedstock including a binder containing a metal or ceramic powder and an organic material according to cross-sectional information of a predetermined three-dimensional article shape, and a nozzle for discharging the feedstock. It provides a molding apparatus for a three-dimensional article, including a scratcher disposed around the periphery, so that the uneven portion is formed on the upper surface of the feedstock discharged to the scratcher, thereby improving the bonding force with the subsequent layer.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 금속 또는 세라믹 분말과 유기물을 포함하는 바인더를 포함하는 피드스톡을 소정의 3차원 물품 형상의 단면 정보에 맞추어 토출하는 노즐과, 상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 배치되는 열원과, 상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 배치되는 스크래퍼를 포함하고, 상기 열원은 기 적층된 층의 상부를 가열하며, 상기 스크래퍼로 토출되는 피드스톡 층의 상면을 가압하여 편평하게 만들고, 적층과정에 하부에 위치한 기 적층된 층과의 접합력을 향상시키는, 3차원 물품의 성형장치를 제공한다.According to still another embodiment of the present invention, a nozzle for discharging a feedstock including a binder containing a metal or ceramic powder and an organic material according to cross-sectional information of a predetermined three-dimensional article shape, and a nozzle for discharging the feedstock. A heat source disposed around the scraper and a scraper disposed around the nozzle for discharging the feedstock, wherein the heat source heats an upper portion of the previously stacked layer, and presses an upper surface of the feedstock layer discharged to the scraper. It provides a molding apparatus for a three-dimensional article, to make it flat, and to improve the bonding force with the pre-laminated layer located at the bottom during the lamination process.
또한, 상기 열원은 상기 노즐의 이동방향으로 연장되어 상기 노즐에 결합된 플레이트에 배치될 수 있다.In addition, the heat source may be disposed in a plate extending in the movement direction of the nozzle and coupled to the nozzle.
또한, 상기 열원은 상기 노즐의 주위로 원형, 타원형 또는 다각형으로 확장되어 상기 노즐에 결합된 플레이트에 규칙적 또는 불규칙적으로 배치될 수 있다.In addition, the heat source can be arranged regularly or irregularly on a plate coupled to the nozzle extending in a circle, oval or polygon around the nozzle.
또한, 상기 열원은 저항히터, 광학소자, 열전소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, the heat source may include at least one of a resistance heater, an optical element, and a thermoelectric element.
본 발명은 기 적층된 층의 상부를 가열한 상태에서 후속하는 층을 적층하여 적층시 층간 결함을 없애고 접합력을 향상시켜 최종제품의 결함을 제거할 수 있다.The present invention can remove the defects of the final product by removing the interlayer defects and improve the bonding strength by laminating the subsequent layers in the heating state of the top of the previously laminated layer.
본 발명은 적층과정에서 토출되는 피드스톡 층의 상면을 가압하여 편평하게 만들어 후속하는 층과의 접합면적 및 접합력을 향상시킴과 동시에 압력에 의해 기 적층된 층과의 접합력을 향상시켜 최종제품의 결함을 제거할 수 있다.The present invention pressurizes the upper surface of the feedstock layer discharged during the lamination process to make it flat, thereby improving the bonding area and bonding strength with the subsequent layer and at the same time improving the bonding strength with the pre-laminated layer by the pressure of the final product. Can be removed.
또한, 본 발명은 적층되는 피드스톡의 상면에 요철부를 형성하여 열원에 의해 피드스톡이 쉽게 가열되도록 만들고 후속하는 층과의 접합면적을 증가시켜 층간 접합력을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can form an uneven portion on the upper surface of the feedstock to be laminated so that the feedstock is easily heated by the heat source, and can increase the bonding area with the subsequent layer to improve the interlayer bonding force.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 물품의 성형장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 실시 형태별로 열원의 배치 형태를 나타내는 도면들이다.
도 4는 열원의 존재 유무 및 가압에 따른 피드스톡의 적층 단면 형상을 나타내는 도면이다.1 is a view showing the configuration of a molding apparatus for a three-dimensional article according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are diagrams showing the arrangement of the heat source according to the embodiment.
4 is a view showing a laminated cross-sectional shape of the feedstock according to the presence or absence of a heat source and pressurization.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로 이에 의해 본 발명의 권리범위가 축소되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the preferred embodiments of the present invention. However, the following examples are merely examples to help the understanding of the present invention, whereby the scope of the present invention is not reduced or limited.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 물품의 성형장치의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing the configuration of a molding apparatus for a three-dimensional article according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 물품의 성형장치는 금속 또는 세라믹 분말과 유기물을 포함하는 바인더를 포함하는 피드스톡을 소정의 3차원 물품 형상의 단면 정보에 맞추어 토출하는 노즐과, 노즐의 주위에 배치된 열원, 스크래퍼 및 스크래처 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an apparatus for forming a three-dimensional article according to an embodiment of the present invention discharges a feedstock including a binder including a metal or ceramic powder and an organic material according to cross-sectional information of a predetermined three-dimensional article shape. And a nozzle and at least one of a heat source, a scraper, and a scratcher disposed around the nozzle.
노즐은 피드스톡을 토출하며 이동할 수 있다. 이를 통해, 노즐은 소정의 3차원 물품 형상의 단면 정보에 맞추어 피드스톡을 토출하여 적층(additive)시킬 수 있다. 예를 들면, 노즐은 3차원 물품 형상의 단면 정보에 맞추어 피드스톡을 토출하여 제1층을 형성하고, 제1층 상에 피드스톡을 토출하여 제2층을 적층시킬 수 있다. 여기서, 제1층 및 제2층은 편의상 적층순서를 나타내는 표현이다.The nozzle can move while discharging the feedstock. Through this, the nozzle may be additive by discharging the feedstock in accordance with the cross-sectional information of the predetermined three-dimensional article shape. For example, the nozzle may discharge the feedstock in accordance with cross-sectional information of a three-dimensional article shape to form a first layer, and discharge the feedstock on the first layer to stack the second layer. Here, the 1st layer and the 2nd layer are the expression which shows a lamination order for convenience.
열원은 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 배치되어 기 적층된 층의 상부를 가열한 상태에서 후속하는 층이 적층되도록 할 수 있다.The heat source may be disposed around the nozzle for discharging the feedstock so that subsequent layers may be stacked while the upper portion of the previously stacked layers is heated.
구체적으로, 열원은 제1층 상에 제2층을 적층하는 과정에서 제1층의 표면을 가열할 수 있다. 예를 들면, 열원은 노즐의 이동방향의 전방에 배치되어 제1층에 피드스톡이 적층되기 전에 제1층의 표면을 가열할 수 있다. 이를 통해, 열원은 제1층의 표면을 연화(바인더 용융)시킴으로써 계면결함을 억제할 수 있다.Specifically, the heat source may heat the surface of the first layer in the process of laminating the second layer on the first layer. For example, the heat source may be disposed in front of the moving direction of the nozzle to heat the surface of the first layer before the feedstock is laminated to the first layer. Through this, the heat source can suppress interfacial defects by softening (binder melting) the surface of the first layer.
도 2에 도시된 실시 형태에 따라, 열원은 노즐의 이동방향으로 연장되어 노즐에 결합된 플레이트에 일렬로 배치될 수 있다. 이때, 열원은 노즐의 이동방향에 따라 제1층을 국부적으로 가열할 수 있다.According to the embodiment shown in FIG. 2, the heat sources may be arranged in a row on a plate extending in the moving direction of the nozzle and coupled to the nozzle. In this case, the heat source may locally heat the first layer according to the moving direction of the nozzle.
또는, 도 3에 도시된 실시 형태에 따라, 열원은 노즐의 주위로 원형, 타원형 또는 다각형으로 확장되어 노즐에 결합된 플레이트에 규칙적 또는 불규칙적으로 배치될 수 있다. 이때, 열원은 제1층을 광범위하게 가열할 수 있다. 이를 통해, 본 발명에서는 노즐과 열원이 회전 가능한 구조로 형성될 수 있으며, 피드스톡의 적층 시 적층 형상에 따라 노즐과 열원이 회전하는 경우에도 제1층을 가열할 수 있다.Alternatively, in accordance with the embodiment shown in FIG. 3, the heat source can be arranged regularly or irregularly on a plate joined to the nozzle extending in a circle, oval or polygon around the nozzle. At this time, the heat source can heat the first layer extensively. Through this, in the present invention, the nozzle and the heat source may be formed in a rotatable structure, and the first layer may be heated even when the nozzle and the heat source are rotated according to the stacking shape when the feedstock is stacked.
이러한 열원은 발열을 위하여 저항히터, 광학소자, 열전소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The heat source may include at least one of a resistance heater, an optical element, and a thermoelectric element for heat generation.
스크래퍼는 노즐의 주위에 배치되어 노즐에서 토출되는 피드스톡 층의 상면을 가압하여 편평하게 만들고, 적층과정에서 하부에 위치한 기 적층된 층과의 접합력을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 스크래퍼는 노즐의 이동방향 후방에 배치되어 적층된 피드스톡을 가압하여 피드스톡의 측면을 편형에 가깝게 만들 수 있다. 이를 통해, 스크래퍼는 도 4에 도시된 바와 같이 웰드라인(weld line)을 편평하게 만들어 제1층(기 적층된 층)과 제2층(토출된 피드스톡 층)의 경계에 공간을 상당 부분 없앨 수 있다. 또한, 스크래퍼의 압력에 의해 웰드라인에 존재할 수 있는 결함을 최소화 하거나 제거할 수 있다.The scraper may be disposed around the nozzle to press the upper surface of the feedstock layer discharged from the nozzle to make the flat surface, and improve the bonding force with the pre-laminated layer positioned at the bottom during the lamination process. For example, the scraper may be disposed behind the moving direction of the nozzle to press the stacked feedstock to make the side of the feedstock close to flat. This allows the scraper to flatten the weld line, as shown in FIG. 4, to eliminate much of the space at the boundary between the first layer (pre-laminated layer) and the second layer (discharged feedstock layer). Can be. In addition, the pressure of the scraper may minimize or eliminate defects that may be present in the weld line.
이처럼, 스크래퍼는 제1층에 적층되는 제2층의 접합 면적을 증가시켜 제1층과 제2층의 층간 접합력을 증가시키고 결함을 제거함과 동시에 피드스톡의 높이를 일정하게 하여 적층면을 편평하게 만들 수 있다.As such, the scraper increases the bonding area of the second layer laminated on the first layer to increase the interlayer bonding force between the first layer and the second layer, eliminates defects, and at the same time makes the feedstock constant to make the stacking surface flat. I can make it.
스크래처는 노즐의 주위에 배치되어 적층되는 피드스톡을 소정의 형상으로 긁어(스크래칭)내어 피드스톡의 상면에 요철부를 형성할 수 있다.The scratcher may scrape (scratch) the feedstock stacked and stacked around the nozzle in a predetermined shape to form an uneven portion on the upper surface of the feedstock.
스크래처는 스크래퍼에 일체 또는 분리형으로 배치되어 적층되는 피드스톡의 상면을 스크래칭할 수 있다. 예를 들면, 스크래처는 스크래퍼의 하면에 요철부를 형성하기 위한 형태로 배치될 수 있다. 또는, 스크래처는 노즐의 단부 또는 노즐의 주위에 별도로 요철부를 형성하기 위한 형태로 배치될 수 있다.The scratcher may scratch the top surface of the feedstock that is disposed integrally or separately to the scraper and stacked. For example, the scratcher may be disposed in a form for forming an uneven portion on the lower surface of the scraper. Alternatively, the scratcher may be disposed in a form for forming an uneven portion separately around the end of the nozzle or around the nozzle.
이러한 스크래처는 열원에 의해 피드스톡이 쉽게 가열되도록 만들거나, 제1층과 제2층의 접합 면적을 증가시켜 층간 접합력을 향상시킬 수 있다.Such a scratcher may make the feedstock easily heated by the heat source, or may increase the bonding area of the first layer and the second layer to improve the interlayer bonding force.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 물품의 성형방법은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 물품의 성형장치의 설명을 참조하여 설명한다.On the other hand, the molding method of the three-dimensional article according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the description of the molding apparatus of the three-dimensional article according to an embodiment of the present invention described above.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 물품의 성형방법은 금속 또는 세라믹과 유기물을 포함하는 바인더를 포함하는 피드스톡을 노즐에 공급하여 적층 성형하는 방법으로, 제1층 상에 제2층을 적층하는 과정에서 노즐의 주위에 열원을 배치하여 제1층을 가열한 상태에서 제2층을 적층하여 계면결함을 제거하는 제1 방법, 노즐의 주위에 스크래퍼를 배치하여 제1층에 적층되는 피드스톡에 압력을 가하여 제1층과 제2층의 접합력을 향상시키고 결함을 제거하는 제2 방법, 노즐의 주위에 스크래처를 배치하여 적층되는 피드스톡의 상면을 스크래칭하여 접합력 향상 및 피드스톡이 쉽게 가열되도록 만드는 제3 방법 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.Method for forming a three-dimensional article according to an embodiment of the present invention is a method for laminating by supplying a feedstock containing a binder containing a metal or a ceramic and an organic material to a nozzle, laminating a second layer on the first layer A first method of removing interfacial defects by laminating a second layer in a state in which a heat source is disposed around a nozzle in a process of heating the first layer, and a feedstock stacked on the first layer by placing a scraper around the nozzle. A second method of improving the bonding force between the first layer and the second layer by applying pressure to the second layer and removing defects, and improving the bonding strength and easily heating the feedstock by scratching the upper surface of the stacked feedstock by placing a scratcher around the nozzle. At least one of the third methods of making may be performed.
제1 방법에서는 일 실시형태로 제1층 상에 제2층을 적층하는 과정에서 노즐의 이동방향으로 연장되어 노즐에 결합된 플레이트에 일렬로 배치된 열원을 이용하여 제1층을 국부적으로 가열할 수 있다. 이때, 일렬로 배치된 열원은 노즐의 이동방향을 따라서 제1층을 국부적 또는 집중적으로 가열할 수 있다.In the first method, in one embodiment, the first layer is locally heated using a heat source extending in the moving direction of the nozzle in a process of laminating the second layer on the first layer and arranged in series on a plate coupled to the nozzle. Can be. In this case, the heat sources arranged in a line may locally or intensively heat the first layer along the moving direction of the nozzle.
또는, 다른 실시형태로 제1층 상에 제2층을 적층하는 과정에서 노즐의 주위로 원형, 타원형 또는 다각형으로 확장되어 노즐에 결합된 플레이트에 규칙적 또는 불규칙적으로 배치된 열원을 이용하여 적층 형상에 따라 노즐 및 열원이 회전하더라도 제1층을 가열할 수 있다.Alternatively, in another embodiment, in the process of laminating the second layer on the first layer, the laminate may be formed using a heat source that is regularly or irregularly arranged on a plate joined to the nozzle by extending around the nozzle in a circular, oval or polygonal manner. Therefore, even if the nozzle and the heat source rotate, the first layer can be heated.
제2 방법에서는 제1층 상에 제2층을 적층하는 과정에서 노즐을 주위에 스크래퍼를 배치하여 노즐에서 토출되는 피드스톡의 상면을 가압하여 편평하게 만들 수 있다. 이러한, 제2 방법에서는 피드스톡의 적층과정에서 하부에 위치한 기 적층된 층과의 접합 면적을 증가시켜 기 적층된 층과 노즐에서 토출되는 피드스톡의 접합력을 향상시킬 수 있으며 기 적층된 층과의 계면결함을 제거할 수 있다. 또한, 제2 방법에서는 노즐에서 토출되는 피드스톡의 높이를 일정하게 하여 적층면을 편평하게 만들 수 있다.In the second method, in the process of laminating the second layer on the first layer, a scraper may be disposed around the nozzle to press the upper surface of the feedstock discharged from the nozzle to make it flat. In the second method, the bonding area between the previously stacked layer and the feedstock discharged from the nozzle may be improved by increasing the bonding area of the previously stacked layer in the lower part of the stacking process of the feedstock. Interfacial defects can be eliminated. Further, in the second method, the height of the feedstock discharged from the nozzle can be made constant to make the laminated surface flat.
제3 방법에서는 제1층 상에 제2층을 적층하는 과정에서 노즐 주위에 스크래처를 배치하여 노즐에서 토출되는 피드스톡의 상면을 소정의 형상으로 긁어내어 요철부를 형성할 수 있다. 이때, 스크래퍼에 일체하여 또는 스크래퍼와 별도로, 스크래처를 구비하여, 토출되는 층의 상면을 가압하여 편평하게 만듦과 동시에, 그 상면에 요철부를 형성할 수 있다.In the third method, in the process of laminating the second layer on the first layer, a scratcher may be disposed around the nozzle to scrape the upper surface of the feedstock discharged from the nozzle into a predetermined shape to form an uneven portion. At this time, the scratcher may be provided integrally with or separately from the scraper to press the upper surface of the discharged layer to make it flat and to form an uneven portion on the upper surface thereof.
이러한 제3 방법에서는 열원에 의해 피드스톡이 쉽게 가열되도록 요철부를 형성하거나, 기 적층된 층과 노즐에서 토출되는 피드스톡의 접합 면적을 증가시켜 층간 접합력을 향상시킬 수 있다.In this third method, an uneven portion may be formed so that the feedstock is easily heated by the heat source, or the bonding area between the previously stacked layer and the feedstock discharged from the nozzle may be increased to improve the interlayer bonding force.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 물품의 성형방법에서는 상술한 제1 방법 내지 제3 방법을 조합하여 수행할 수 있다.In the method of forming a three-dimensional article according to an embodiment of the present invention, the above-described first to third methods may be combined.
예를 들면, 제1 방법에 제2 방법 또는 제3 방법을 함께 수행하여 기 적층된 층을 가열한 상태에서 노즐에서 토출되는 피드스톡을 가압하거나 스크래칭하여 적층시킬 수 있다.For example, the second method or the third method may be performed together with the first method to press or scratch the feedstock discharged from the nozzle while the pre-laminated layer is heated.
이를 통해, 본 발명은 기 적층된 층의 상부를 가열한 상태에서 후속하는 층을 적층하여 적층시 층간 결함을 없애고 접합력을 향상시킬 수 있다.Through this, the present invention can be laminated to the subsequent layer in the heating state of the top of the pre-laminated layer to eliminate the interlayer defects in the lamination and improve the bonding strength.
본 발명은 적층과정에서 토출되는 피드스톡 층의 상면을 가압하여 편평하게 만들어 기 적층된 층과의 접합력을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the upper surface of the feedstock layer discharged during the lamination process may be pressed to make the flat surface to improve the bonding force with the previously laminated layer.
또한, 본 발명은 적층되는 피드스톡의 상면에 요철부를 형성하여 열원에 의해 피드스톡이 쉽게 가열되도록 만들고 후속하는 층과의 접합면적을 증가시켜 층간 접합력을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can form an uneven portion on the upper surface of the feedstock to be laminated so that the feedstock is easily heated by the heat source, and can increase the bonding area with the subsequent layer to improve the interlayer bonding force.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention has been described by way of example and is not intended to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art may make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
Claims (16)
상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 열원을 배치하여, 기 적층된 층의 상부를 가열한 상태에서, 후속하는 층이 적층되도록 함으로써 적층과정에 하부에 위치한 기 적층된 층과의 접합력을 향상시키고 결함을 제거하는, 3차원 물품의 성형방법.
A method of stack molding by discharging a feedstock including a binder containing a metal or ceramic powder and an organic material according to cross-sectional information of a predetermined three-dimensional article shape,
By arranging a heat source around the nozzle for discharging the feedstock, the upper layer of the pre-laminated layer is heated so that the subsequent layers are laminated, thereby improving the bonding force with the pre-laminated layer positioned at the bottom of the lamination process. A method of forming a three-dimensional article to remove defects.
상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 스크래퍼를 배치하여, 토출되는 층의 상면을 가압하여 편평하게 만들고, 적층과정에 하부에 위치한 기 적층된 층과의 접합력을 향상시키고 결함을 제거하는, 3차원 물품의 성형방법.
A method of stack molding by discharging a feedstock including a binder containing a metal or ceramic powder and an organic material according to cross-sectional information of a predetermined three-dimensional article shape,
By placing a scraper around the nozzle for discharging the feedstock to press the top surface of the discharged layer to make it flat, to improve the bonding strength and the defects with the previously laminated layer located at the bottom during the lamination process, three-dimensional Forming method of the article.
상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 스크래처를 배치하여 적층되는 피드스톡의 상면에 요철부가 형성되도록 하여, 후속하는 층과의 접합력을 향상시키는, 3차원 물품의 성형방법.
The method according to claim 1 or 2,
And forming a scratcher around the nozzle for discharging the feedstock to form an uneven portion on the upper surface of the stacked feedstock, thereby improving the bonding force with the subsequent layer.
상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 추가로 스크래퍼를 배치하여, 기 적층된 층의 토출되는 층의 상면을 가압하며, 후속하는 층이 적층되도록 하는, 3차원 물품의 성형방법.
The method of claim 1,
And a scraper is further disposed around the nozzle for discharging the feedstock to press the upper surface of the discharged layer of the pre-laminated layer, so that the subsequent layer is laminated.
상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 추가로 열원을 배치하여, 기 적층된 층의 상부를 가열한 상태에서, 후속하는 층이 적층되도록 하는, 3차원 물품의 성형방법.
The method of claim 2,
And further arranging a heat source around the nozzle for discharging the feedstock so that the subsequent layers are laminated while the upper part of the previously laminated layers is heated.
상기 노즐의 이동방향으로 연장되어 상기 노즐에 결합된 플레이트에 일렬로 배치된 열원으로 기 적층된 층의 상부를 가열하는, 3차원 물품의 성형방법.
The method according to claim 1 or 5,
A method of forming a three-dimensional article, the upper part of which is pre-laminated by a heat source arranged in a row on a plate coupled to the nozzle and extending in the moving direction of the nozzle.
상기 노즐의 주위로 원형, 타원형 또는 다각형으로 확장되어 상기 노즐에 결합된 플레이트에 규칙적 또는 불규칙적으로 배치된 열원으로 기 적층된 층의 상부를 가열함과 동시에, 후속하여 적층되는 층을 가열하는, 3차원 물품의 성형방법.
The method according to claim 1 or 5,
3 to heat the top of the layer which is subsequently laminated with a heat source arranged regularly or irregularly on a plate joined to the nozzle, extending circularly, elliptical or polygonal around the nozzle; Method for forming dimensional article.
상기 스크래퍼에 일체하여 또는 상기 스크래퍼와 별도로, 스크래처를 구비하여, 토출되는 층의 상면을 가압하여 편평하게 만듦과 동시에, 그 상면에 요철부를 형성하는, 3차원 물품의 성형방법.
The method of claim 4, wherein
A method of forming a three-dimensional article, comprising a scratcher integrally with the scraper or separately from the scraper to press the upper surface of the discharged layer to make it flat and to form an uneven portion on the upper surface.
상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 배치되는 열원을 포함하고,
상기 열원은 기 적층된 층의 상부를 가열한 상태에서, 후속하는 층이 적층되도록 하는, 3차원 물품의 성형장치.
A nozzle for discharging a feedstock including a binder including a metal or ceramic powder and an organic material according to cross-sectional information of a predetermined three-dimensional article shape;
A heat source disposed around the nozzle for discharging the feedstock,
The heat source is a molding apparatus for a three-dimensional article, so that the subsequent layer is laminated in a state of heating the top of the layer previously laminated.
상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 배치되는 스크래퍼를 포함하고,
상기 스크래퍼로 토출되는 피드스톡 층의 상면을 가압하여 편평하게 만들고, 적층과정에 하부에 위치한 기 적층된 층과의 접합력 향상과 결함을 제거하는, 3차원 물품의 성형장치.
A nozzle for discharging a feedstock including a binder including a metal or ceramic powder and an organic material according to cross-sectional information of a predetermined three-dimensional article shape;
It includes a scraper disposed around the nozzle for discharging the feedstock,
Pressing the upper surface of the feedstock layer discharged to the scraper to make it flat, and improves the bonding strength and the defects with the pre-laminated layer located at the bottom during the lamination process, forming apparatus of a three-dimensional article.
상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 배치되는 스크래처를 포함하고,
상기 스크래처로 토출되는 피드스톡의 상면에 요철부가 형성되도록 하여, 후속하는 층과의 접합력을 향상시키는, 3차원 물품의 성형장치.
The method of claim 9 or 10,
And a scratcher disposed around the nozzle for discharging the feedstock,
The concave-convex portion is formed on the upper surface of the feedstock discharged to the scratcher, thereby improving the bonding force with the subsequent layer, forming apparatus of a three-dimensional article.
상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 추가로 배치되는 스크래퍼를 포함하는, 3차원 물품의 성형장치.
The method of claim 9,
And a scraper further disposed around a nozzle for discharging said feedstock.
상기 피드스톡을 토출하는 노즐의 주위에 추가로 배치되는 열원을 포함하는, 3차원 물품의 성형장치.
The method of claim 10,
And a heat source further disposed around the nozzle for discharging the feedstock.
상기 열원은 상기 노즐의 이동방향으로 연장되어 상기 노즐에 결합된 플레이트에 배치되는, 3차원 물품의 성형장치.
The method according to claim 9 or 13,
And the heat source extends in the movement direction of the nozzle and is disposed on a plate coupled to the nozzle.
상기 열원은 상기 노즐의 주위로 원형, 타원형 또는 다각형으로 확장되어 상기 노즐에 결합된 플레이트에 규칙적 또는 불규칙적으로 배치되는, 3차원 물품의 성형장치.
The method according to claim 9 or 13,
Wherein the heat source extends in a circle, oval or polygon around the nozzle and is regularly or irregularly disposed on a plate coupled to the nozzle.
상기 열원은 저항히터, 광학소자, 열전소자 중 적어도 하나를 포함하는, 3차원 물품의 성형장치.The method according to claim 9 or 13,
And the heat source comprises at least one of a resistance heater, an optical element, and a thermoelectric element.
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