KR20200054363A - Device which is driven by six axes to manufacture a three-dimensional scaffold - Google Patents

Device which is driven by six axes to manufacture a three-dimensional scaffold Download PDF

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KR20200054363A
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김종영
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이창희
최승혁
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안동대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed is a six-axis driven three-dimensional artificial support manufacturing device. According to the present invention, the six-axis driven three-dimensional artificial support manufacturing device comprises: a laser unit allowing a laser sintering operation at a fixed target point in an xy plane; a three-axis driven operation unit descending along an z-axis in one area including the target point of a movable plate which moves in the xy plane and provided with a stacked plate which forms a stacked space; and a three-axis driven feeding unit rotating, such that the stacked space is filled with ceramic powder for an artificial support discharged upward along the z-axis in an accommodation space formed in the other area of the moveable plate, and provided with a feed roller linearly operated in the stacked space, wherein the laser sintering operation is continuously performed on the repeatedly stacked ceramic powder. According to the present invention, the entire size of the manufacturing device can be made smaller by the low power laser unit which facilitates the laser sintering operation for ceramic powder in the air not in a sealed chamber through optimization of a laser beam path that minimizes energy loss, and through a linked operation of a three-axis driven work table and the three-axis driven feeding unit, supply of ceramic powder for an artificial support by each layer and selective laser sintering for the ceramic powder supplied to each layer are continuously performed and thus, various customized three-dimensional artificial supports having a complicated porous structure can be quickly and accurately manufactured in a micro unit.

Description

6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치{DEVICE WHICH IS DRIVEN BY SIX AXES TO MANUFACTURE A THREE-DIMENSIONAL SCAFFOLD}DEVICE WHICH IS DRIVEN BY SIX AXES TO MANUFACTURE A THREE-DIMENSIONAL SCAFFOLD}

본 발명은 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인공지지체용 분말형 세라믹의 층별 공급과 공급된 층별 세라믹분말에 대한 선택적 레이저 소결이 자동화된 6축 구동의 반복을 통해 이루어지게 함으로써, 3차원 인공지지체를 제조하게 되는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a six-axis driving type three-dimensional artificial support manufacturing apparatus, and more specifically, repeating the six-axis driving with automatic laser sintering of the powdered ceramics for artificial supports and the selective laser sintering of the supplied ceramic powders for each layer. By making it through, it relates to a device for manufacturing a three-dimensional artificial support.

사고나 질병으로 인한 골손상 또는 운동량 부족이나 고령화에 따른 골기능 저하 등의 문제를 해결하기 위해, 근래에 들어 골조직 재생용 생체재료에 대한 관심이 집중되고 있다.In order to solve problems such as bone damage due to accidents or diseases, lack of exercise, or deterioration of bone functions due to aging, interest in biomaterials for bone tissue regeneration has been recently focused.

특히, 생체재료 관련 연구개발 중 인공지지체(Scaffold)는, 조직공학(tissue engineering 즉, 체외에서 손상부위와 동일한 세포를 배양한 후 손상 부위에 이식하여 해당 기능을 발휘케 하는 조직재생의 목적을 위한 학문)의 주요한 이슈 중 하나로서, 세포의 증착, 증식 및 분화를 도울 수 있는 생체 적합성 소재와 제조방법에 대한 다양한 연구개발이 활발히 진행되고 있다.In particular, during the research and development related to biomaterials, the artificial support (Scaffold) is intended for the purpose of tissue regeneration, such as tissue engineering, that is, culturing the same cells as the damaged part in vitro and then transplanting them to the damaged site to exert the function. As one of the major issues of the study), various research and development of biocompatible materials and manufacturing methods that can help the deposition, proliferation and differentiation of cells are actively being conducted.

이러한 인공지지체는, 이식 후 시간의 경과에 따라 체내에서 세포의 번식을 지원하면서 서서히 분해되어 체내에 흡수되어야 하는 요구에 따라 자가생성의 유도시간과 생체 내 거부반응을 최소화할 수 있고, 체내 생분해활동 대사가 활발한 생체고분자, 합성고분자, 생체세라믹 또는 금속 등과 같은 다양한 재료를 활용하여 다공성 구조로 제작되고 있다. Such an artificial support, while supporting the growth of cells in the body over time after transplantation, can be slowly decomposed to minimize the induction time of autogeneration and rejection in vivo according to the need to be absorbed in the body, and the biodegradation activity in the body It is manufactured in a porous structure by utilizing various materials such as biopolymers, synthetic polymers, bioceramics, or metals with active metabolism.

이때, 다공성의 3차원 인공지지체의 제조는, 구체적으로 광조형법(Stereolithography, SLA), 열용해적층법(Fused deposition modeling, FDM) 등과 같은 3차원 제조기술로 이루어지고 있다. At this time, the manufacturing of the porous 3D artificial support is specifically made of 3D manufacturing techniques such as stereolithography (SLA) and thermal deposition lamination (Fused deposition modeling, FDM).

그러나 3차원 제조기술에 사용되는 설비나 장치 자체는, 대규모의 고가 시스템으로 구성되는 것이어서 소량의 인공지지체를 맞춤형으로 제작하거나 소규모의 연구실 단위에서 사용하기에는 비용상의 어려움이 컸고, 고정밀도를 갖는 소형의 인공지지체를 신속하게 제작함에 있어서도 아직까지 분명한 한계가 존재하는 문제가 있다.However, the facilities or devices used in the 3D manufacturing technology are composed of large-scale, expensive systems, so it is difficult to manufacture a small amount of artificial supports or to use them in small-scale laboratory units. There is a problem that there are still obvious limitations in the rapid production of artificial supports.

이를 개선하기 위한 인공지지체 제조장치와 관련된 선행기술 중 대한민국공개특허 제10-2009-0054208호(공개일: 2009년 05월29일)는, 정밀 다축 적층 장치 및 이를 이용한 3차원 인공 지지체제조 시스템에 관한 기술을 개시하고 있다.Among the prior arts related to an artificial support manufacturing apparatus for improving this, Korean Patent Publication No. 10-2009-0054208 (Publication Date: May 29, 2009) is a precision multi-axis lamination apparatus and a 3D artificial support manufacturing system using the same. Disclosed technology.

상술한 선행기술은, 최소 100㎛ 이하의 선폭을 가지면서도 ±10㎛ 오차 범위 내에서 제어되고, 필요한 강성을 갖는 복잡한 3차원 인공지지체의 제조가 가능함을 기술하고 있다.The above-mentioned prior art describes that it is possible to manufacture a complex 3D artificial support having a line width of at least 100 µm or less while being controlled within an error range of ± 10 µm and having required stiffness.

그러나 본 선행기술이 채택한 제조방식은, 고체 재료를 녹여 액화시킨 후 이를 소정 굵기로 분사하는 열용해적층법을 이용한 것이어서 사용 가능한 소재가 저온 용융성 합성고분자 등에만 적용이 용이할 뿐이고, 분말형태로 제공되는 고온 용융성 생체세라믹이나 금속에는 사실상 적용하기가 어렵다는 점, 연속적으로 3축 구동하는 적층헤드에서 분사된 용융수지로 형상을 구현함으로 인해 노즐 등의 유지관리가 일상적으로 필요하고, 고결(냉각)과정이 필수적이어서 인공지지체 완성에 소요되는 리드타임의 단축에 한계가 있으며, 분사속도나 용융수지 점도 등의 많은 제어요소로 인해 완제품 정밀도에서도 일정한 한계가 예상된다는 점에서, 여전히 이에 대한 지속적인 연구개발이 요구되고 있는 실정이다.However, the manufacturing method adopted by the prior art uses a heat-dissolution lamination method in which a solid material is melted and liquefied and then sprayed to a predetermined thickness, so that the usable material is easy to apply only to low-temperature meltable synthetic polymers, etc. Since it is practically difficult to apply to the provided high-temperature meltable bioceramics or metals, maintenance of nozzles, etc. is routinely required, and solidification (cooling) is required due to the fact that the shape is made of molten resin sprayed from a stacking head that is continuously driven by three axes. Since the process is essential, there is a limit to shortening the lead time required to complete the artificial support, and since there are a number of control factors such as injection speed and melt viscosity, a certain limit is also expected in the precision of the finished product. This is a demand.

대한민국공개특허 제10-2009-0054208호(공개일: 2009년 05월29일)Republic of Korea Patent No. 10-2009-0054208 (Publication date: May 29, 2009)

본 발명의 목적은, 소재적 제한 없이 생체고분자, 합성고분자, 생체세라믹 또는 금속과 같은 다양한 소재를 이용하여 소량의 맞춤형 인공지지체를 자동화된 제어작동으로 신속하고 정밀하게 제조할 수 있는 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치를 제공하는 것이다.The object of the present invention is to use a variety of materials, such as biopolymers, synthetic polymers, bioceramics or metals without material limitations, a six-axis drive type that can quickly and precisely manufacture small amounts of customized artificial supports with automated control operations. It is to provide a device for manufacturing a 3D artificial support.

상기 목적은, xy평면의 고정된 타겟점에서 레이저 소결작용이 이루어지게 하는 레이저부; xy평면 상을 거동하는 가동판의 상기 타겟점을 포함하는 일영역에서 z축을 따라 하강작동하며 적층공간을 형성하는 적층판이 구비된 3축 구동의 작업부; 및 상기 가동판의 타영역에 형성된 수용공간에서 z축을 따라 상방으로 토출된 인공지지체용 세라믹분말이 상기 적층공간에 채워지도록, 회전하며 상기 적층공간으로 선형작동하는 피드롤러가 구비된 3축 구동의 피딩부를 포함하여, 반복적으로 적층되는 세라믹분말에 대하여 레이저 소결작용이 연속적으로 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치에 의해 달성된다.The above object is, a laser unit for laser sintering at a fixed target point of the xy plane; a three-axis driving work unit provided with a stacked plate forming a stacked space while descending along the z-axis in an area including the target point of the movable plate moving on the xy plane; And a three-axis drive equipped with a feed roller that rotates and rotates linearly into the stacked space so that the ceramic powder for artificial support discharged upward along the z-axis from the receiving space formed in the other area of the movable plate is filled in the stacked space. It is achieved by a six-axis driving type three-dimensional artificial support manufacturing apparatus characterized in that the laser sintering action is continuously made to the ceramic powders that are repeatedly stacked, including the feeding portion.

상기 작업부는, 상기 가동판이 x축 및 y축 방향으로 연동된 선형작동을 하도록, 바닥프레임과 상기 가동판 사이에 설치되는 2축 구동의 수평구동부; 상기 수평구동부에 결합되어 xy평면 상을 거동하고, 상기 수용공간과 적층공간이 각각 나란하게 상하방향으로 관통형성된 상기 가동판; 및 상기 적층공간에 삽입설치된 상기 적층판을 z축을 따라 승강시키는 제1 수직구동부를 포함할 수 있다.The working unit, a horizontal drive unit of a two-axis drive is installed between the floor frame and the movable plate, so that the movable plate is linearly linked in the x-axis and y-axis directions; The movable plate is coupled to the horizontal driving unit to move on the xy plane, and the receiving space and the stacking space are formed to penetrate each other in the vertical direction; And it may include a first vertical driving unit for raising and lowering the laminated plate inserted into the stacked space along the z-axis.

상기 피딩부는, 상기 수용공간 내의 세라믹분말을 지지하도록 삽입설치된 토출판을 z축을 따라 승강시키는 제2 수직구동부; 상기 수평구동부와 가동판 사이에 설치되어 상기 수용공간과 적층공간 사이를 왕복하며 선형작동을 하는 피드구동부; 상기 가동판의 상면과 접한 상태로 상기 피드구동부에 결합되어 상기 수용공간에서 토출된 세라믹분말을 상기 적층공간으로 이동시키고, 일정한 두께로 채우는 원통형의 상기 피드롤러; 및 상기 피드구동부의 선형작동에 대하여 직각인 방향을 축으로 상기 피드롤러를 회전시키는 회전구동부를 포함할 수 있다.The feeding part includes: a second vertical driving part for moving the discharge plate inserted and installed to support the ceramic powder in the accommodation space along the z-axis; A feed driving unit installed between the horizontal driving unit and the movable plate to perform a linear operation while reciprocating between the receiving space and the stacked space; A feed roller having a cylindrical shape coupled to the feed driving unit in contact with the upper surface of the movable plate to move the ceramic powder discharged from the receiving space to the stacked space and to fill it with a constant thickness; And a rotation driving unit for rotating the feed roller in an axis perpendicular to the linear operation of the feed driving unit.

상기 세라믹분말은, 생체 적합성이 있는 인산칼슘계 세라믹(CaP based ceramics) 분말일 수 있다.The ceramic powder may be a biocompatible calcium phosphate-based ceramic (CaP based ceramics) powder.

상기 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치는, 상기 레이저부, 상기 작업부 및 상기 피딩부와 각각 연결되어 이들을 개별적으로 작동제어하는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는, 반복적으로 적층되며 채워지는 세라믹분말에 대한 층별 소결작용에 의해 완성된 인공지지체의 반출을 위해 상기 제1 수직구동부를 작동제어하여 상기 적층판을 상기 가동판의 상면까지 상승시키고, 상기 적층공간으로부터 완성된 인공지지체의 이탈을 위해 상기 피드구동부를 작동제어하여 상기 피드롤러를 상기 가동판의 단부까지 선형이동시킬 수 있다.The 6-axis driving type 3D artificial support manufacturing apparatus further includes a control unit connected to the laser unit, the working unit, and the feeding unit, and individually controlling them, wherein the control unit is repeatedly stacked and filled. For carrying out the artificial support completed by the layer-by-layer sintering action on the ceramic powder, the first vertical driving unit is operated and controlled to raise the laminated board to the upper surface of the movable plate, and for separation of the completed artificial support from the laminated space The feed driving unit may be operated and controlled to move the feed roller linearly to the end of the movable plate.

상기 레이저부는, 이산화탄소를 매질로 레이저빔을 생성하여 방사하는 레이저발생기; 레이저빔의 방출구에서 빔 사이즈를 조절하는 빔확장기; 상기 빔확장기를 통과한 레이저빔을 상기 타겟점을 향한 방향으로 전환하는 반사경; 및 방향 전환된 레이저빔의 경로를 따라 위치조절이 가능하도록 구비되어 레이저빔을 초점 상에 수렴시키는 포커싱렌즈를 포함할 수 있다.The laser unit, a laser generator for generating and emitting a laser beam with carbon dioxide as a medium; A beam expander for adjusting the beam size at the exit of the laser beam; A reflector for converting the laser beam passing through the beam expander in a direction toward the target point; And a focusing lens that is provided to enable position adjustment along the path of the redirected laser beam and converges the laser beam onto a focal point.

상기 피딩부는, 상기 적층공간에 채워진 세라믹분말에 대한 다짐작용이 이루어지도록, 상기 피드롤러를 상기 가동판 쪽으로 밀착시키며 가압하는 가압부를 더 포함할 수 있다.The feeding part may further include a pressing part that presses the feed roller in close contact with the movable plate so that compaction of the ceramic powder filled in the lamination space is achieved.

상기 가압부는, 상기 피드롤러 주변에 설치되어, 상기 피드롤러가 상기 가동판 쪽으로 밀착되도록 탄성지지하는 기계적 코일스프링이거나, 제어전원의 인가에 따라 신장되며 상기 피드롤러를 상기 가동판 쪽으로 밀착시키는 전기적 압전소자일 수 있다.The pressurizing portion is a mechanical coil spring installed around the feed roller and elastically supported so that the feed roller is in close contact with the movable plate, or is elongated upon application of control power and electrically piezoelectric to close the feed roller toward the movable plate. It can be a device.

상기 피딩부는, 상기 수용공간 내에 수용된 세라믹분말의 무게를 측정할 수 있도록, 상기 토출판 일측에 구비되는 중량센서를 더 포함할 수 있다.The feeding part may further include a weight sensor provided on one side of the discharge plate to measure the weight of the ceramic powder accommodated in the accommodation space.

본 발명에 의하면, 에너지 손실을 최소화하는 레이저빔 경로의 최적화 등을 통해 밀폐형 챔버 내부가 아닌 공기 중에서도 세라믹분말에 대한 레이저 소결작용이 원활히 이루어지도록 한 저출력 레이저부로 인해 전체 제조장치의 규모가 소형화될 수 있고, 3축 구동의 작업대와 3축 구동의 피딩부 간의 연계된 작동을 통해 인공지지체용 분말형 세라믹의 층별 공급과 공급된 층별 세라믹분말에 대한 선택적 레이저 소결이 연속적으로 이루어짐에 따라 복잡한 다공구조를 갖는 다양한 맞춤형 3D 인공지지체가 미소단위로 신속하고 정밀하게 제조될 수 있다.According to the present invention, through the optimization of the laser beam path that minimizes energy loss, etc., the size of the entire manufacturing apparatus can be downsized due to the low-power laser unit that facilitates laser sintering of the ceramic powder in air, not inside the sealed chamber. In addition, through the interlocked operation between the 3-axis driving worktable and the 3-axis driving feeding part, the complex porous structure is formed by the continuous supply of layered ceramic powder for artificial supports and the selective laser sintering of the supplied ceramic powder. A variety of customized 3D artificial supports that can be produced can be manufactured quickly and precisely in micro units.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치의 사시도이다.
도 2a는 도 1의 정면과 배면을 각각 나타낸 도면이다.
도 2b는 도 1의 평면과 측면을 각각 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 분해사시도이다.
도 4는 도 1의 6축 작동을 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 피딩부의 3축 구동을 단계별로 도시한 공정도이다.
도 6은 도 1을 이용하여 인공지지체를 제조하는 공정을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 따라 완성된 인공지지체의 실물크기와 조성 원소의 비율을 각각 보여주는 사진이다.
1 is a perspective view of a six-axis driving type three-dimensional artificial support manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A is a view showing the front and back surfaces of FIG. 1, respectively.
2B is a view showing the plane and side surface of FIG. 1, respectively.
3 is an exploded perspective view of FIG. 1.
FIG. 4 is a view showing the six-axis operation of FIG. 1.
FIG. 5 is a process diagram showing the three-axis driving of the feeding part of FIG. 1 step by step.
6 is a view conceptually showing a process of manufacturing an artificial support using FIG. 1.
7 is a photograph showing the proportions of the actual size and compositional elements of the artificial support completed according to FIG. 6.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted to clarify the gist of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치의 사시도이고, 도 2a는 도 1의 정면과 배면을 각각 나타낸 도면이고, 도 2b는 도 1의 평면과 측면을 각각 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1의 분해사시도이고, 도 4는 도 1의 6축 작동을 도시한 도면이고, 도 5는 도 1의 피딩부의 3축 구동을 단계별로 도시한 공정도이고, 도 6은 도 1을 이용하여 인공지지체를 제조하는 공정을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 7은 도 6에 따라 완성된 인공지지체의 실물크기와 조성 원소의 비율을 각각 보여주는 사진이다.1 is a perspective view of a six-axis driving type three-dimensional artificial support manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2a is a view showing the front and rear surfaces of Figure 1, respectively, Figure 2b is a plane and side view of Figure 1, respectively FIG. 3 is an exploded perspective view of FIG. 1, FIG. 4 is a view showing the six-axis operation of FIG. 1, FIG. 5 is a process diagram showing the three-axis driving of the feeding part of FIG. 1 step by step, and FIG. 6 Is a diagram conceptually showing a process for manufacturing an artificial support using FIG. 1, and FIG. 7 is a photograph showing the proportions of the actual size and compositional elements of the artificial support completed according to FIG.

도면에 나타난 X, Y, Z 축은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 임의로 정한 것으로, X축이 전(앞, 화살표 쪽), 후(뒤)방향을 지시하고, Y축은 좌, 우방향(화살표 쪽)을 지시하며, Z축은 상(위, 화살표 쪽), 하(아래)방향을 지시하는 것으로 정의한다. 이하에서 설명되는 각 방향은 이와 다르게 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 이에 기초한 것이다.The X, Y, and Z axes shown in the drawings are arbitrarily set for convenience of explanation, not for the purpose of limiting rights, and the X axis indicates the front (front, arrow side) and rear (back) direction, and the Y axis is left and right. The direction (arrow side) is indicated, and the Z axis is defined to indicate the up (up, arrow) and down (down) directions. Each direction described below is based on this, except where otherwise specified.

본 발명에 따른 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치(100)는, 복잡한 다공구조를 갖는 다양한 맞춤형 3D 인공지지체를 미소단위로 신속하고 정밀하게 제조하는 한편, 전체 장치의 소형화를 통해 소규모의 연구실 또는 병원 단위에서도 자유롭게 사용할 수 있도록 하기 위해 안출된 발명이다.The six-axis-driven 3D artificial support manufacturing apparatus 100 according to the present invention rapidly and precisely manufactures various customized 3D artificial supports having a complex porous structure in a small unit, and a small-scale laboratory through miniaturization of the entire device. Or it is an invention devised to be freely usable even in hospital units.

이를 위해 본 발명에 따른 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치(100)는, 종래 용융수지의 노즐 분사방식과 달리 분말형으로 제조되어 적층식으로 순차 공급되는 인공지지체용 세라믹을 선택적 레이저 소결법을 통해 층별로 고형화시키는 방식으로 3D 인공지지체를 제작하게 된다.To this end, the six-axis-driven three-dimensional artificial support manufacturing apparatus 100 according to the present invention uses a selective laser sintering method for ceramics for artificial supports that are manufactured in powder form and sequentially supplied in a stacked manner, unlike the nozzle spraying method of a conventional molten resin. Through this, a 3D artificial support is produced in a manner of solidifying layer by layer.

여기서 선택적 레이저 소결법(Selective Laser Sintering, SLS)이란, 레이저를 이용한 재료가공의 한 가지 방법으로 레이저의 선택적 에너지 전달 기능을 이용해 분말 등의 재료를 선택적으로 고형화시키는 기술을 말하는데, 재료의 표면처리를 목적으로 하는 레이저 클래딩(Laser cladding)에서 발전하여 특수한 목적의 형상을 소결 접착의 형식으로 만드는 것을 지칭한다. Here, selective laser sintering (SLS) refers to a technique of selectively solidifying materials such as powder by using a selective energy transfer function of a laser as one method of material processing using a laser. It refers to the development of laser cladding, which makes the shape of a special purpose in the form of sintering adhesion.

선택적 레이저 소결은 부품 및 시작품 제작이 복잡하거나 비싼 장비를 사용하지 않고도 신속하고 경제적인 방법으로 해결하려는 경향의 증가에 따라 쾌속조형기술(Rapid-prototyping)로 연구 발전되어 왔고, 현재에는 3D CAD 도면 파일을 인코딩하여 이로부터 직접 고형의 물리적 모델을 제작하고 있다.Selective laser sintering has been researched and developed as rapid-prototyping with increasing tendency to solve parts quickly and economically without using complicated or expensive equipment for manufacturing parts and prototypes. Currently, 3D CAD drawing files Is encoded to produce a solid physical model directly from it.

위와 같은 선택적 레이저 소결법에 사용될 수 있는 인공지지체용 소재는, 고분자, 금속, 세라믹 또는 복합재료 등으로 분류될 수 있는데 각각의 특성을 간략히 살펴보면 다음과 같다.Materials for artificial supports that can be used in the selective laser sintering method as described above can be classified as polymer, metal, ceramic, or composite materials, and the characteristics of each are briefly described as follows.

먼저, 고분자 재료의 경우 굽힘성, 탄성, 성형성, 제작성, 경량성 등이 우수하나 기계적 강도, 내마모성, 생분해성 미흡한 특성이 있고, 금속 재료의 경우 강도, 인성, 내마모성이 우수하나 고중량이고 생체적합성, 내부식성이 미흡한 특성이 있고, 세라믹 재료의 경우 생체 적합성, 불활성, 내부식성, 압축강도가 우수하나 취성이 강해 깨지기가 쉽고, 성형성, 제작성, 복원성이 미흡한 특성이 있고, 복합재료의 경우 생체 적합성, 고강도, 불활성, 내부식성이 우수하나, 성형성이나 제작성이 역시 미흡하다는 특징이 있다.First, the polymer material has excellent bendability, elasticity, moldability, workability, and light weight, but has insufficient mechanical strength, abrasion resistance, and biodegradability. Metal materials have excellent strength, toughness, and abrasion resistance, but are high in weight and bio It has the characteristics of insufficient compatibility and corrosion resistance. In the case of ceramic materials, it has excellent biocompatibility, inertness, corrosion resistance, and compressive strength, but is brittle due to its brittleness, and lacks moldability, workability, and stability. In this case, biocompatibility, high strength, inertness, and corrosion resistance are excellent, but the moldability and workability are also insufficient.

이에 본 발명에서는, 인공지지지체의 형상, 구조, 적용부위에 따라 요구되는 물성을 만족시키도록, 위의 소재별 특성 등을 고려하여 분말이나 알갱이 형태로 제공되는 고분자, 금속, 세라믹 및 복합재료 중 적어도 어느 하나를 포함하는 소재를 선택적으로 사용할 수 있다.Accordingly, in the present invention, among the polymers, metals, ceramics and composite materials provided in the form of powders or granules in consideration of the characteristics of each material, in order to satisfy the required properties according to the shape, structure, and application of the artificial support. A material including at least one may be used selectively.

다만, 가장 바람직한 소재는 종래 저온 용융성 고체 재료를 녹여 소정 굵기로 분사하는 열용해적층법의 가열온도보다 높은 온도에서 용융됨으로 인해 적용하기 어려웠던 분말형태의 고온 용융성 인산칼슘계 세라믹(CaP based ceramics)일 수 있다.However, the most preferred material is a powder-type high-temperature soluble calcium phosphate-based ceramic (CaP based ceramics), which was difficult to apply because it melts at a temperature higher than the heating temperature of the heat-dissolution lamination method in which a conventional low-temperature meltable solid material is melted and sprayed to a predetermined thickness. ).

상술한 바와 같은 기능 및 작용을 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치(100)는, 도 1 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 레이저부(110), 작업부(120) 및 피딩부(130) 등을 포함하여 구성되고, 전원공급장치(190)로부터 각 구성들에 대한 전원분급과 이들을 각각 개별적으로 작동제어하기 위한 제어부(140)가 더 포함될 수 있다.In order to specifically implement the functions and functions as described above, the six-axis driving type three-dimensional artificial support manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figures 1 to 2b, the laser unit ( 110), including the working unit 120 and the feeding unit 130, the power supply for each component from the power supply unit 190 and a control unit 140 for individually controlling them respectively Can be included.

이하에서는 앞서 언급한 각 구성들을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, each of the aforementioned components will be described in detail.

먼저, 레이저부(110)는, 일측에서 생성되어 방사된 레이저 에너지가 사용자에 의해 임의로 설정된 xy 평면상의 고정된 타겟점(T)에 위치하도록 하기 위해 마련된 구성요소로서, 이로 인해 해당 타겟점(T)에 위치한 인산칼슘계 세라믹 등과 같은 분말형 소재는 전달된 레이저 에너지에 의해 소결작용이 이루어지게 된다.First, the laser unit 110 is a component provided to cause the laser energy generated and radiated at one side to be located at a fixed target point T on an xy plane arbitrarily set by a user, thereby causing the target point T ), The powdered material such as calcium phosphate-based ceramic is sintered by the transmitted laser energy.

여기서 타겟점(T)이란, 분말형 소재에 대한 레이저에 의한 소결작용이 발생하게 되는 지점을 지칭하는 것으로, 사용자의 설정에 따라 후술할 적층공간(S1)에 층별로 얇게 채워지는 세라믹분말(CP)의 상부면, 세라믹분말(CP)의 중앙부, 적층판(123)과 접하는 세라믹분말(CP)의 하부면 등 다양한 위치에 형성될 수 있다.Here, the target point T refers to a point where a sintering action by a laser occurs on a powdered material, and a ceramic powder (CP) thinly filled in each layer in a stacked space S1 to be described later according to a user's setting. ), The upper surface of the ceramic powder (CP), the lower surface of the ceramic powder (CP) in contact with the laminate 123 may be formed in various locations.

위와 같은 기능 내지 작용을 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예 따른 레이저부(110)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 레이저발생기(112), 빔확장기(114), 반사경(116) 및 포커싱렌즈(118) 등을 포함하여 구성된다.In order to specifically implement the above functions or actions, the laser unit 110 according to the embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 to 3, the laser generator 112, the beam expander 114, the reflector 116 ) And a focusing lens 118 and the like.

이때, 레이저발생기(112)는 이산화탄소(CO2)를 매질로 레이저빔을 생성하여 방사하는 구성요소로서, 열용해적층법의 가열온도 대비 높은 온도에서 용융됨에 따라 열용해적층법에 적용되기 어려운 인산칼슘계 세라믹분말(CP)을 원활하게 소결시킬 수 있는 30W의 최대 출력을 갖는 저출력의 레이저 장비일 수 있다.At this time, the laser generator 112 is a component that emits and emits a laser beam with carbon dioxide (CO2) as a medium. Calcium phosphate, which is difficult to apply to the thermal dissolution lamination method as it melts at a higher temperature than the heating temperature of the thermal dissolution lamination method It may be a low-power laser equipment having a maximum power of 30W capable of smoothly sintering the ceramic powder (CP).

이러한 저출력의 레이저 장비는 기존의 선택적 레이저 소결법에 일반적으로 적용되는 고출력(100W 이상)의 레이저 장비와 비교시 그 크기나 전력사용량 등에 있어 분명한 차이를 보이게 된다.This low power laser equipment shows a clear difference in size and power consumption when compared with high power (more than 100W) laser equipment generally applied to the existing selective laser sintering method.

빔확장기(114)는 레이저발생기(112) 일측에 구비된 레이저빔의 방출구에서 빔 사이즈를 조절하는 구성요소이고, 반사경(116)은 빔확장기(114)를 통과한 레이저빔이 타겟점(T)을 향하도록 방향 전환시키는 구성요소로서, 본 발명에 따른 인공지지체 제조장치(100)의 전체 구조나 배치에 따라 다수 개가 적절한 위치에 설치되어 레이저빔의 방향 전환에 사용될 수 있다.The beam expander 114 is a component that adjusts the beam size at the exit of the laser beam provided on one side of the laser generator 112, and the reflector 116 has a laser beam passing through the beam expander 114 at a target point (T As a component for changing the direction to face), a plurality of the artificial support manufacturing apparatus 100 according to the present invention may be installed in an appropriate position according to the overall structure or arrangement and used to change the direction of the laser beam.

포커싱렌즈(118)는, 방향전환된 레이저빔의 경로를 따라 위치조절이 가능하도록 구비되어 레이저빔을 렌즈의 초점(F)(F) 상에 수렴(레이저빔의 폭이 최소화됨)시킴으로써 레이저 에너지의 크기를 증폭시키게 되는 구성요소로서, 이때의 초점(F)은 포커싱렌즈(118)에 따라 고유하게 정해지는 것으로, 상술한 타겟점(T)과 구별된다.(도 6 참조)The focusing lens 118 is provided to enable position adjustment along the path of the redirected laser beam, thereby converging the laser beam on the focal point (F) (F) of the lens (the width of the laser beam is minimized), thereby laser energy As a component that amplifies the size of, the focus F at this time is uniquely determined according to the focusing lens 118, and is different from the target point T described above. (See FIG. 6)

이러한 포커싱렌즈(118)와 사용자에 의해 설정된 타겟점(T) 간의 거리가 위치조절수단을 통하여 변경되는 경우, 타겟점(T)에 대한 레이저빔의 폭은 포커싱렌즈(118)의 초점(F)에서 멀어질수록 증가하게 되고 레이저 에너지는 감소하게 된다.When the distance between the focusing lens 118 and the target point T set by the user is changed through the position adjusting means, the width of the laser beam with respect to the target point T is the focus F of the focusing lens 118 The farther away from it, the more it increases and the laser energy decreases.

즉, 포커싱렌즈(118)의 위치조절과 함께 레이저발생기(112)의 출력을 조절하게 되면, 타겟점(T)에 위치한 세라믹분말(CP)에 대한 레이저 소결작용의 강약과 굵기 등이 다양하게 변경될 수 있으며, 나아가 다양한 소결 재료에 대응한 맞춤식의 고품질 인공지지체를 사용자의 요구에 따라 제조할 수 있게 된다.That is, when the output of the laser generator 112 is adjusted together with the positioning of the focusing lens 118, the strength and thickness of the laser sintering action for the ceramic powder CP located at the target point T are variously changed. In addition, it is possible to manufacture a customized high-quality artificial support corresponding to various sintered materials according to a user's demand.

상술한 바와 같은 구성들이 결합된 레이저부(110)를 통해 소결 대상인 세라믹분말(CP)에 대한 최적화와 에너지 손실을 최소화할 수 있는 레이저빔 경로의 가변적 설계가 가능해짐으로써, 종래 선택적 레이저 소결이 이루어지던 밀폐형 챔버 내부가 아닌 공기 중에서도 세라믹분말(CP)에 대한 원활한 레이저 소결이 가능해 짐은 물론, 소형의 저출력 레이저발생기(112)의 적용으로 전체 제조장치의 규모는 더욱 소형화될 수 있다.Through the laser unit 110 combined with the above-described configurations, it is possible to optimize the ceramic powder (CP) to be sintered and to design a variable laser beam path capable of minimizing energy loss. Smooth laser sintering of the ceramic powder (CP) is possible in the air instead of inside the closed chamber, and the size of the entire manufacturing apparatus can be further downsized by the application of the small low-power laser generator 112.

작업부(120)는, 레이저에 의한 소결작용이 발생하게 되는 지점인 타겟점(T)을 기준으로 xy 평면을 따라 2축(x축 및 y축) 방향으로 거동하는 한편, 분말형 소재가 층별로 채워지도록 일영역이 z축을 따라 하강 작동하도록 이루어진 3축 구동의 구성요소이다.The working unit 120 moves in the direction of two axes (x-axis and y-axis) along the xy plane based on the target point T, which is the point where the sintering action by the laser occurs, while the powdered material is layered It is a component of 3-axis driving, in which one region descends along the z-axis to be filled with.

상술한 바와 같은 기능 내지 작용을 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 작업부(120)는, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 수평구동부(124), 가동판(122), 제1 수직구동부(126) 등을 포함하여 구성될 수 있다.In order to specifically implement the functions or operations as described above, the working unit 120 according to the embodiment of the present invention, as shown in Figures 1 to 4, the horizontal driving unit 124, the movable plate 122, It may be configured to include a first vertical drive unit 126 and the like.

수평구동부(124)는, 후술할 가동판(122)이 x축 및 y축방향으로 연동된 선형작동을 하도록 바닥프레임(102)과 가동판(122) 사이에 설치되는 구성요소로서, 이로 인해 가동판(122)은 xy 평면을 따라 자유롭게 거동하며 분말형 소재를 소정의 프로그램된 2차원 형상으로 소결시킬 수 있게 된다.(도 4 및 도 6 참조)The horizontal driving unit 124 is a component that is installed between the floor frame 102 and the movable plate 122 so that the movable plate 122, which will be described later, is interlocked in the x-axis and y-axis directions. The plate 122 behaves freely along the xy plane and can sinter the powdery material into a predetermined programmed two-dimensional shape (see FIGS. 4 and 6).

이러한 수평구동부(124)는, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, x축 방향을 따라 (122)을 슬라이딩(도 4의 X)시키는 x축 구동부(124a)와, x축 방향을 따라 슬라이딩된 가동판(122)을 다시 y축 방향을 따라 슬라이딩(도 4의 Y)시키는 y축 구동부(124b)로 구성될 수 있다.1 and 4, the x-axis driving unit 124a sliding the 122 along the x-axis direction (X in FIG. 4) and the sliding along the x-axis direction The movable plate 122 may be composed of a y-axis driving unit 124b that slides again along the y-axis direction (Y in FIG. 4).

x축 구동부(124a)와 연동하는 y축 구동부(124b)의 구현은, x축 방향으로 길게 형성된 제1 레일과, y축방향으로 길게 형성되어 제1 레일을 따라 슬라이딩하는 제2 레일과, 제2 레일을 따라 슬라이딩하며 후술할 가동판(122)과 결합되는 연결블럭 등으로 구성될 수 있다. Implementation of the y-axis driving unit 124b interlocked with the x-axis driving unit 124a includes a first rail formed elongated in the x-axis direction, a second rail formed elongated in the y-axis direction, and sliding along the first rail. 2 It can be composed of a connecting block that slides along the rail and is coupled to the movable plate 122 to be described later.

이때, 제2 레일과 연결블럭을 슬라이딩시키는 구동력은 볼스크류를 회전축으로 하는 스텝모터와 이에 나사결합되는 볼너트와 같이 회전운동을 선형운동으로 전환시키는 동력변환 조립체로 구현될 수 있다.At this time, the driving force for sliding the second rail and the connection block may be implemented as a power conversion assembly that converts rotational motion into linear motion, such as a step motor having a ball screw as a rotating shaft and a ball nut screwed thereto.

물론, 이러한 제1 수직구동부(126)는, 도시된 바와 달리 스텝모터의 회전축에 구비된 피니언기어와 이와 연동하는 랙기어로 구성되는 동력변환 조립체로 구현될 수도 있다.Of course, the first vertical driving unit 126 may be implemented as a power conversion assembly composed of a pinion gear provided on a rotation shaft of a step motor and a rack gear interworking therewith, as illustrated.

가동판(122)은, 상술한 수평구동부(124)의 작동에 따라 xy 평면 상을 거동하도록 수평구동부(124)에 결합되어 후술할 피딩부(130)로부터 층별로 분말형 소재를 제공받게 되는 판상의 구성요소로서, 수용공간(S2)과 z축을 따라 하강 및 승강작동하는 적층판(123)이 끼워지는 적층공간(S1)이 각각 나란하게 상하방향(z축)으로 관통형성된다.The movable plate 122 is coupled to the horizontal driving unit 124 to behave on the xy plane according to the operation of the horizontal driving unit 124 described above, and is plate-like to be provided with a powder material in each layer from the feeding unit 130 to be described later. As a component of, the receiving space (S2) and the stacking space (S1) into which the stacked plates 123, which move down and up and down along the z-axis are fitted, are formed to penetrate each other in the vertical direction (z-axis).

이때, 승강작동하는 적층판(123)이 끼워지는 적층공간(S1)은, 방향전환된 레이저빔이 도달하여 제공된 분말형 소재의 소결작용이 발생하게 되는 지점인 타겟점(T)을 포함하는 가동판(122)의 일영역 형성되고, 인공지지체용 세라믹분말(CP) 등과 같은 분말형 소재를 저장하는 수용공간(S2)은, 적층공간(S1)과 나란하게 인접한 가동판(122)의 타영역에 형성된다.At this time, the stacking space (S1) in which the stacking plate 123 that moves up and down is sandwiched is a movable plate including a target point (T) which is a point at which a sintering action of a powdered material provided by a redirected laser beam is reached. One area of (122) is formed, the storage space (S2) for storing a powder material, such as ceramic powder (CP) for artificial support, the stacked space (S1) in parallel with the other area of the movable plate 122 adjacent to Is formed.

한편, 가동판(122)의 양측 단부에는, 적층공간(S1)에 채워지고 남은 여분의 분말형 소재를 수납하거나 소결 완료되어 적층공간(S1)으로부터 반출된 3차원 인공지지체를 수용하기 위한 수거함(128)이 각각 구비될 수 있다.On the other hand, at both ends of the movable plate 122, a collection box for accommodating the three-dimensional artificial support that is filled in the lamination space S1 and accommodates the remaining powder-like material or is sintered and taken out from the lamination space S1 ( 128) may be provided, respectively.

제1 수직구동부(126)는, 적층공간(S1)에 삽입설치된 적층판(123)을 z축을 따라 승강(도 4의 A)시키는 구동력을 제공하기 위해 가동판(122)의 하부에 구비되는 구성요소로서, 볼스크류를 회전축으로 하는 스텝모터와 이에 나사결합되는 볼너트와 같이 회전운동을 선형운동으로 전환시키는 동력변환 조립체로 구현되어 피스톤처럼 작동하는 적층판(123)과 결합된다.The first vertical driving unit 126 is a component provided at the lower portion of the movable plate 122 to provide a driving force for moving the laminated plate 123 inserted and installed in the laminated space S1 along the z-axis (A of FIG. 4). As, it is implemented as a power conversion assembly that converts a rotational motion into a linear motion, such as a step motor having a ball screw as a rotating shaft and a ball nut screwed thereto, and is combined with a stacked plate 123 which acts like a piston.

물론, 이러한 제1 수직구동부(126)는, 도시된 바와 달리 스텝모터의 회전축에 구비된 피니언기어와 이와 연동하는 랙기어로 구성되는 동력변환 조립체로 구현될 수도 있다.Of course, the first vertical driving unit 126 may be implemented as a power conversion assembly composed of a pinion gear provided on a rotation shaft of a step motor and a rack gear interworking therewith, as illustrated.

상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 작업부(120)의 3축 구동으로 인해, 피딩부(130)로부터 가동판(122)(구체적으로 적층공간(S1))에 층별로 순차 제공되는 분말형 소재는, 소정의 프로그램된 2차원 형상으로 각각 소결되는 한편, 상하로 적층됨으로써 3차원의 인공지지체를 형성하게 된다.Due to the three-axis driving of the working unit 120 made of the above-described configuration, the powdered material sequentially provided layer by layer from the feeding unit 130 to the movable plate 122 (specifically the lamination space S1), While being sintered in a predetermined programmed two-dimensional shape, they are stacked up and down to form a three-dimensional artificial support.

피딩부(130)는, 가동판(122)의 타영역에 형성된 수용공간(S2)에서 z축을 따라 상방으로 토출된 분말형 소재(인공지지체용 세라믹분말(CP))가 상술한 가동판(122)의 적층공간(S1)에 층별로 제공되도록 하는 3축 구동의 구성요소로서, 상술한 작업부(120)의 3축 구동과 연계됨으로써 본 발명에 따른 인공지지체 제조장치(100)는 총 6축으로 구동된다.(도 4 참조)The feeding part 130 is a movable plate 122 in which the powdered material (ceramic powder for artificial support (CP)) discharged upward along the z axis in the receiving space S2 formed in the other area of the movable plate 122 is described above. ) As a component of a 3-axis drive to be provided for each layer in a stacked space (S1), the artificial support manufacturing apparatus 100 according to the present invention is connected to the 3-axis drive of the above-described working unit 120, in total, 6 axes It is driven by (see Fig. 4).

상술한 바와 같은 기능 내지 작용을 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 피딩부(130)는, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 제2 수직구동부(136), 피드구동부(134), 피드롤러(132) 및 회전구동부(138) 등을 포함하여 구성될 수 있다.In order to specifically implement the functions or operations as described above, the feeding unit 130 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figures 1 to 5, the second vertical driving unit 136, the feed driving unit 134 ), A feed roller 132 and a rotation driving unit 138, and the like.

제2 수직구동부(136)는, 수용공간(S2) 내의 분말형 소재인 세라믹분말(CP)을 지지하도록 삽입설치된 토출판(133)을 z축을 따라 승강(도 4의 Z)시키는 구동력을 제공하기 위해 상술한 제1 수직구동부(126)와 나란히 가동판(122)의 하부에 구비되는 구성요소로서, 볼스크류를 회전축으로 하는 스텝모터와 이에 나사결합되는 볼너트와 같이 회전운동을 선형운동으로 전환시키는 동력변환 조립체로 구현되어 피스톤처럼 작동하는 토출판(133)과 결합된다.The second vertical driving unit 136 provides a driving force to elevate (Z in FIG. 4) the ejection plate 133 inserted and installed along the z axis to support the ceramic powder CP, which is a powder material in the accommodation space S2. As a component provided in the lower portion of the movable plate 122 in parallel with the above-described first vertical driving part 126, the rotational motion is converted into a linear motion such as a step motor having a ball screw as a rotating shaft and a ball nut screwed thereto. It is implemented as a power conversion assembly to be combined with a discharge plate 133 that acts like a piston.

물론, 이러한 제2 수직구동부(136) 또한, 도시된 바와 달리 스텝모터의 회전축에 구비된 피니언기어와 이와 연동하는 랙기어로 구성되는 동력변환 조립체로 구현될 수도 있다.Of course, the second vertical driving unit 136 may also be implemented as a power conversion assembly composed of a pinion gear provided on a rotating shaft of a step motor and a rack gear interworking therewith, as shown.

이때, 토출판(133) 일측에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 수용공간(S2) 내에 수용된 세라믹분말(CP)의 무게를 실시간 측정할 수 있는 중량센서(139)가 더 구비될 수 있는데, 이로 인해 인공지지체 제조과정 중에 연속적으로 사용되는 분말형 소재는 사용자나 별도의 자동화된 리필장치를 통해 적절한 시기에 보충 내지 리필될 수 있다.At this time, on one side of the discharge plate 133, as shown in FIG. 5, a weight sensor 139 capable of real-time measuring the weight of the ceramic powder CP accommodated in the accommodation space S2 may be further provided. Due to this, the powdery material that is continuously used during the manufacturing process of the artificial support can be supplemented or refilled at an appropriate time through a user or a separate automated refilling device.

피드구동부(134)는, 후술할 피드롤러(132)가 가동판(122)의 수용공간(S2)과 적층공간(S1) 사이를 왕복하며 선형작동(도 4의 B)을 하도록 수평구동부(124)와 가동판(122) 사이에 설치되는 구성요소로서, 볼스크류를 회전축으로 하는 스텝모터와 이에 나사결합되어 선형작동하며 피드롤러(132) 에 고정되는 볼너트과 같은 동력변환 조립체로 구현될 수 있다.The feed driving unit 134 is a horizontal driving unit 124 so that the feed roller 132, which will be described later, reciprocates between the receiving space S2 and the stacking space S1 of the movable plate 122 and performs a linear operation (B in FIG. 4). ) As a component installed between the movable plate 122 and a step motor having a ball screw as a rotating shaft and screwed thereto to operate linearly and may be implemented as a power conversion assembly such as a ball nut fixed to the feed roller 132. .

이러한 피드구동부(134)의 작동으로 인해 피드롤러(132)는, 수용공간(S2)에서 토출된 분말형 소재를 가동판(122)의 적층공간(S1)에 층별로 제공할 수 있게 된다.(도 5 및 도 6 참조)Due to the operation of the feed driving unit 134, the feed roller 132 can provide the powdered material discharged from the receiving space S2 in each layer in the stacking space S1 of the movable plate 122. ( 5 and 6)

피드롤러(132)는, 가동판(122)의 상면과 접한 상태로 피드구동부(134)에 결합되어 그 선형작동에 따라 수용공간(S2)에서 토출된 세라믹분말(CP)과 같은 분말형 소재를 적층공간(S1)으로 이동시켜 채우는 원통형의 구성요소로서, 금속은 물론, 탄성을 갖은 고무나 합성고분자 등으로 제작될 수 있다.The feed roller 132 is coupled to the feed driving unit 134 in a state in contact with the upper surface of the movable plate 122, and the powdered material such as ceramic powder CP discharged from the receiving space S2 according to its linear operation As a cylindrical component filled by moving to the lamination space S1, it can be made of metal, elastic rubber or synthetic polymer.

이러한 피드롤러(132)의 왕복 선형작동으로 인해 적층공간(S1)에는 층별로 분말형 소재가 일정한 두께로 채워질 수 있게 된다.Due to the reciprocating linear operation of the feed roller 132, the powdered material can be filled in each layer in a uniform thickness in each layer.

피드롤러(132)의 왕복 선형작동(도 4의 B)은, 처음 적층공간(S1) 쪽으로 슬라이딩 이동시에는 가동판(122)의 상면으로부터 피드롤러(132)가 미소하게 이격된 상태로 이루어지고, 이후 수용공간(S2) 쪽으로 슬라이딩 복귀시에는 가동판(122)의 상면과 피드롤러(132)가 밀착된 상태로 이루어질 수 있다. The reciprocating linear operation of the feed roller 132 (B in FIG. 4) is made in a state in which the feed roller 132 is slightly spaced from the upper surface of the movable plate 122 when sliding to the first stacking space S1, Thereafter, when the sliding return toward the accommodation space S2, the upper surface of the movable plate 122 and the feed roller 132 may be made in close contact.

이는, 처음 적층공간(S1) 쪽으로 슬라이딩 이동시 분말형 소재가 적층공간(S1)에 충분한 양으로 공급되게 한 후, 슬라이딩 복귀시에 피드롤러(132)에 의해 여유 있게 채워진 분말형 소재가 가압되면서 적층공간(S1)에 촘촘히 다져지며 채워지도록 하기 위한 것이다.This, after the first sliding movement toward the lamination space (S1), the powder-like material is supplied in a sufficient amount to the lamination space (S1), and then, when the sliding return, the powder-like material, which is sufficiently filled by the feed roller 132, is laminated while being pressed. It is intended to be compacted and filled in the space S1.

이러한 방식으로 피드롤러(132)가 작동제어되는 경우, 피드롤러(132)는 탄성을 갖은 고무나 합성고분자 등으로 제작하는 것이 피드롤러(132)의 원활하고 자연스러운 작동을 위해 바람직하다. When the feed roller 132 is operated and controlled in this way, the feed roller 132 is preferably made of elastic rubber or synthetic polymer, etc., for smooth and natural operation of the feed roller 132.

이렇게 촘촘하게 다져진 분말형 소재에 대하여 레이저 소결이 이루어지게 되면, 다져지지 않은 경우보다 전체적으로 소결의 품질, 결합 강도 및 소결의 균일성 등이 유의할 수준으로 향상될 수 있다.When laser sintering is performed on the compacted powdery material, the quality of the sinter, the bonding strength, and the uniformity of the sintering can be significantly improved as compared to the case where the compact is not compacted.

나아가 상술한 바와 같이 적층공간(S1)에 채워진 세라믹분말(CP)에 대한 다짐작용의 구현 내지 강화를 위해 피딩부(130)는, 도 5에 도시된 바와 같이 피드롤러(132)를 가동판(122) 쪽으로 밀착시키며 가압하는 가압부(150)를 더 포함할 수 있다.Furthermore, as described above, for implementing or strengthening the compaction action for the ceramic powder CP filled in the stacking space S1, the feeding unit 130 moves the feed roller 132 as shown in FIG. 122) may further include a pressurizing portion 150 that is pressed in close contact with the side.

구체적으로 가압부(150)는, 도시된 것처럼 피드롤러(132) 주변에 설치되어 피드롤러(132)가 가동판(122) 쪽으로 밀착되도록 탄성지지하는 기계적 코일스프링(150a)으로 구현될 수 있고, 도시된 바와 달리 전원공급장치(190)로부터 제어전원의 인가에 따라 신장되며 피드롤러(132)를 가동판(122) 쪽으로 밀착시켜 가압하거나 수축되며 피드롤러(132)를 가동판(122)으로부터 이격시키는 전기적 압전소자로 구현될 수도 있다.Specifically, the pressing unit 150 may be implemented as a mechanical coil spring 150a installed around the feed roller 132 and elastically supported so that the feed roller 132 is in close contact with the movable plate 122 as illustrated, Unlike the illustrated one, it extends upon application of control power from the power supply 190 and presses or contracts the feed roller 132 toward the movable plate 122, and the feed roller 132 is separated from the movable plate 122. It may be implemented as an electric piezoelectric element.

회전구동부(138)는, 피드구동부(134)의 선형작동에 대하여 직각인 방향을 축으로 피드롤러(132)를 회전(도 4의 C)시키는 구성요소로서, 회전운동을 발생시키는 모터 등의 회전축을 피드롤러(132)에 직결하거나 소정의 감속기어의 조합을 매개로 피드롤러(132)에 연결함으로써 이루어지게 된다.The rotation driving unit 138 is a component that rotates (C in FIG. 4C) the feed roller 132 in an axis perpendicular to the linear operation of the feed driving unit 134, and a rotating shaft such as a motor that generates rotational motion. It is made by connecting directly to the feed roller 132 or by connecting it to the feed roller 132 via a combination of predetermined reduction gears.

이때, 회전구동부(138)의 회전방향은, 분말형 소재의 특성이나 피드구동부(134)의 선형작동방향 등에 따라 다양하게 변경제어될 수 있다. At this time, the rotational direction of the rotation driving unit 138 may be variously controlled according to the characteristics of the powder material or the linear operating direction of the feed driving unit 134.

다만, 수용공간(S2)에서 토출된 분말형 소재가 적층공간(S1)에 보다 원활하고 깔끔하게 이송되고 채워질 수 있도록 하기 위해, 회전구동부(138)는 적층공간(S1) 쪽으로 피드롤러(132)가 슬라이딩하는 경우, 해당 슬라이딩 방향과 가동판(122)과 접하는 피드롤러(132)의 회전방향이 서로 일치하도록 회전 제어될 수 있다. However, in order to enable the powdered material discharged from the receiving space S2 to be transported and filled more smoothly and neatly in the stacking space S1, the rotary roller 138 has a feed roller 132 toward the stacking space S1. When sliding, the sliding direction and the rotation direction of the feed roller 132 in contact with the movable plate 122 may be rotationally controlled to match each other.

또한, 피드롤러(132)가 가동판(122)에 대한 저항없이 신속히 이동하며 토출된 분말형 소재가 적층공간(S1)에 채워질 수 있도록 하기 위해, 회전구동부(138)는 피드롤러(132)의 슬라이딩 방향과 가동판(122)과 접하는 쪽 피드롤러(132)의 회전방향이 각각 서로 반대방향을 이루도록 회전 제어될 수 있다.In addition, in order to allow the feed roller 132 to move quickly without resistance to the movable plate 122 and the discharged powdery material to be filled in the lamination space S1, the rotary drive unit 138 of the feed roller 132 The rotation direction of the sliding direction and the rotation direction of the feed roller 132 on the side contacting the movable plate 122 may be rotationally controlled to form opposite directions to each other.

본 발명의 실시예에 따른 인공지지체 제조장치(100)는, 앞서 언급한 바와 같은 각각의 구성들 즉, 레이저부(110), 작업부(120) 및 피딩부(130)와 각각 연결되어 이들을 개별적으로 작동제어하는 제어부(140)를 더 포함할 수 있다.The apparatus 100 for manufacturing an artificial support according to an embodiment of the present invention is connected to respective components as described above, that is, the laser unit 110, the working unit 120, and the feeding unit 130, respectively. It may further include a control unit 140 for operating control.

이러한 제어부(140)는, 도 6에 도시된 바와 같이 레이저부(110), 작업부(120) 및 피딩부(130) 등과 각각 전기적으로 연결된 상태에서 사용자에 의해 코딩된 제어명령에 기초하여 전원공급장치(190)로부터 각 구성에 개별화된 제어전원을 인가함으로써, 레이저발생기(112)를 온/오프하고, 수평구동부(124), 제1,2 수직구동부(126,136), 피드구동부(134)의 위치변위과 이동속도, 회전구동부(138)의 회전속도와 방향 리필장치 등을 각각 제어하게 된다.The control unit 140, as shown in Figure 6, the laser unit 110, the working unit 120 and the feeding unit 130 and the like, respectively, while electrically connected to the power supply based on the control command coded by the user By applying individualized control power to each component from the device 190, the laser generator 112 is turned on / off, and the position of the horizontal driving unit 124, the first and second vertical driving units 126,136, and the feed driving unit 134 The displacement and the moving speed, the rotating speed of the rotation driving unit 138 and the direction refilling device are controlled, respectively.

또한, 제어부(140)는 상술한 중량센서(139)와 연결된 상태에서 수용공간(S2)에 저장된 분말형 소재의 무게정보를 실시간으로 전송받아 사용자에게 분말형 소재의 보충 내지 리필시기를 시각 또는 청각적으로 제공하는 작동을 수행할 수 있다.In addition, the control unit 140 receives the weight information of the powdered material stored in the receiving space (S2) in real time while connected to the above-described weight sensor 139 to visually or audibly replenish or refill the powdered material to the user. You can perform the operation provided by the enemy.

그리고 제어부(140)는, 상술한 압전소자와 연결된 상태에서 피드롤러(132)가 처음 적층공간(S1) 쪽으로 슬라이딩 이동시에는 압전소자가 수축되도록 제어전원을 인가하여 가동판(122)의 상면으로부터 피드롤러(132)를 미소하게 이격시킬 수 있고, 이후 수용공간(S2) 쪽으로 슬라이딩 복귀시에는 압전소자가 신장되도록 제어전원을 인가하여 가동판(122)의 상면과 피드롤러(132)를 밀착시키는 작동제어를 할 수 있다.In addition, when the feed roller 132 first slides toward the stacking space S1 while the piezoelectric element is connected to the controller 140, the control unit 140 applies control power so that the piezoelectric element contracts to feed from the upper surface of the movable plate 122. The roller 132 can be slightly spaced apart, and then, when sliding back toward the receiving space S2, the control power is applied to extend the piezoelectric element so that the upper surface of the movable plate 122 and the feed roller 132 are in close contact. You can control it.

이러한 제어부(140)는 MCU(micro controller unit), 마이컴(microcomputer), 아두이노(Arduino) 등과 같은 모듈화된 유닛으로 구현되며, 내부에는 메모리가 구비될 수 있다.The control unit 140 is implemented as a modular unit such as a micro controller unit (MCU), a microcomputer, or an Arduino, and a memory may be provided inside.

메모리는 하드디스크드라이브(Hard Disk Drive, HDD), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 플래시메모리(Flash Memory) 또는 메모리 카드(Memory Card) 등으로 구현되어 본 발명에 따른 인공지지체 제조장치(100)의 작동을 위한 운영체제 프로그램과 이에 필요한 데이터 등이 저장될 수 있다.The memory is implemented as a hard disk drive (Hard Disk Drive, HDD), read only memory (ROM), random access memory (RAM), flash memory, or memory card, and an artificial support according to the present invention An operating system program for operating the manufacturing apparatus 100 and data required for the same may be stored.

이때, 필요한 데이터는, 다양한 사용자가 코딩한 각 구성의 제어명령, 각종 처리 정보 등을 포함할 수 있다. 연결된 각 장치를 제어하고 전송받은 데이터 등을 처리 내지 저장하는 제어부(140)의 일련의 과정은, 기계어(machine language, 機械語) 등과 같은 프로그래밍 언어로 코딩됨으로써 이루어지게 된다. In this case, necessary data may include control commands of various components coded by various users, various processing information, and the like. A series of processes of the control unit 140 that controls each connected device and processes or stores the received data, etc., is achieved by being coded in a programming language such as a machine language.

이러한 제어부(140)의 구체적인 구현과 제어방법은, 당업자 수준에서 다양한 방식 및 형태로 손쉽게 이루어질 수 있는바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The concrete implementation and control method of the control unit 140 can be easily performed in various ways and forms at the level of those skilled in the art, and a detailed description thereof will be omitted.

다만, 본 발명의 실시예에 따른 인공지지체 제조장치(100)를 사용하여 인공지지체를 제조하는 제어과정 즉, 단계별 공정을 도 5 및 도 6을 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.However, a control process of manufacturing an artificial support using the artificial support manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, that is, a step-by-step process will be briefly described with reference to FIGS. 5 and 6.

먼저, 사용자는, 제조하고자 하는 맞춤형 3차원 인공지지체의 형상을 3D제작 프로그램을 통해 모델링하고, 3D 모델링 자료를 기반으로 소정간격의 횡방향 슬라이싱을 통한 층별 이미지를 G-Code로 각각 변환(코딩된 제어명령)하여 제어부(140)에 입력하는 준비단계를 수행한다.(S100)First, the user models the shape of a customized 3D artificial support to be manufactured through a 3D production program, and converts each layered image to G-Code through transverse slicing at a predetermined interval based on 3D modeling data (coded) Control command) to perform a preparation step of inputting to the control unit 140 (S100).

다음으로, 제어부(140)는, 도 5(a)에 도시된 바와 같이 토출판(133)을 하방으로 이동시키는 제어작동을 수행한 후, 사용자 또는 자동공급장치가 인공지지체 제조에 사용될 분말형 소재(세라믹분말(CP))를 수용공간(S2) 내에 투입하는 초기세팅단계를 수행한다.(S200) Next, the control unit 140, after performing a control operation to move the discharge plate 133 downward as shown in Figure 5 (a), the user or the automatic supply device is a powder material to be used in the manufacture of artificial support (Ceramic powder (CP)) to perform the initial setting step of putting into the receiving space (S2). (S200)

다음으로, 제어부(140)는 코딩된 제어명령의 순서에 따라 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 슬라이싱된 층별 두께에 대응하는 깊이로 적층판(123)이 하방으로 이동하는 한편, 토출판(133)이 상방 이동하도록 제1,2 수직구동부(126,136)를 각각 작동제어한다.(S310)Next, the control unit 140, as shown in Figure 5 (b) in accordance with the order of the coded control command, the stacked plate 123 moves downward to the depth corresponding to the thickness of each sliced layer, while the discharge plate ( 133) The first and second vertical driving units 126 and 136 are respectively operated and controlled to move upward. (S310)

그리고 제어부(140)는, 코딩된 제어명령의 순서에 따라 도 5(c)에 도시된 바와 같이, 제2 수직구동부(136)의 작동으로 가동판(122)의 위로 토출된 분말형 소재(세라믹분말(CP))가 적층공간(S1)에 깔끔하게 이동되어 촘촘하게 다져지며 채워지도록, 피드구동부(134)의 선형운동과 회전구동부(138)의 회전을 각각 작동제어(S320)하여 피딩단계를 완료한다.(S300)And the control unit 140, as shown in Figure 5 (c) according to the order of the coded control command, the powdered material (ceramic) discharged above the movable plate 122 by the operation of the second vertical drive unit 136 Powder (CP)) is neatly moved to the lamination space (S1), compacted and filled, so that the linear movement of the feed driving unit 134 and the rotation of the rotary driving unit 138 are respectively operated and controlled (S320) to complete the feeding step. . (S300)

이때, 분말형 소재의 토출량은, 적어도 슬라이싱된 층별 두께에 대응하는 깊이로 각각 하방 이동하는 적층판(123)에 의해 형성되는 적층공간(S1)을 채울 수 있는 양으로 제어된다.At this time, the discharge amount of the powdery material is controlled to an amount capable of filling the stacked space S1 formed by the stacked plates 123, which respectively move downward to a depth corresponding to at least the sliced thickness of each layer.

다음으로, 제어부(140)는, 코딩된 제어명령의 순서에 따라 도 6에 도시된 바와 같이 레이저발생기(112)를 작동시켜 적층공간(S1)에서 평평하게 채워져 1층을 이루는 분말형 소재(세라믹분말(CP))에 대한 1층 소결작용이 고정된 타겟점(T)에서 이루어지도록 작동제어한다.(S410)Next, the controller 140 operates the laser generator 112 as shown in FIG. 6 according to the order of the coded control commands, and is filled flat in the lamination space S1 to form a first layer (ceramic) Operation control so that the sintering of the first layer on the powder (CP) is performed at a fixed target point (S410).

이와 동시에 제어부(140)는 레이저빔의 고정된 타겟점(T)을 기준으로 x축과 y축으로 상대이동하는 가동판(122)을 통해 슬라이싱된 층별 이미지에 대응하는 2차원 평면형상이 선택적으로 소결되도록 작업부(120)의 수평구동부(124)를 작동제어한다.(S420)At the same time, the control unit 140 selectively selects a two-dimensional plane shape corresponding to the sliced image through the movable plate 122 that moves relative to the x-axis and y-axis based on the fixed target point T of the laser beam. Operation control of the horizontal driving unit 124 of the working unit 120 to be sintered (S420).

그리고 제어부(140)는 코딩된 제어명령의 순서에 따라 층별 이미지에 대한 소결이 완료되면, 레이저발생기(112)의 작동을 정지시키는 작동제어(S430)하여 층별 소결단계를 완료한다.(S400)Then, when the sintering of the layered images is completed in the order of the coded control command, the control unit 140 completes the sintering step for each layer by operating control (S430) to stop the operation of the laser generator 112 (S400).

다음으로, 제어부(140)는, 코딩된 제어명령의 순서에 따라 다음 층별 이미지에 대응하는 두께로 분말형 소재(세라믹분말(CP))를 적층공간(S1)에 누적해서 채우는 피딩단계(S300)와, 다음 층별 이미지에 대응한 2차원 평면형상을 연속해서 소결하는 소결단계(S400)를 맞춤형 3차원 인공지지체의 형상을 이룰 때까지 각각 반복적으로 수행한다.(S500)Next, the controller 140 accumulates and fills the powdery material (ceramic powder (CP)) in the stacked space (S1) with a thickness corresponding to the next layered image in the order of the coded control command (S300). Wow, the sintering step (S400) of continuously sintering the two-dimensional planar shape corresponding to the next layered image is repeatedly performed until the shape of the customized 3D artificial support is achieved. (S500)

한편, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(140)는, 반복적으로 적층되며 채워지는 분말형 소재(세라믹분말(CP))에 대한 층별 소결작용에 의해 완성된 인공지지체의 반출을 위한 작동제어를 추가적으로 할 수 있다.On the other hand, the control unit 140 according to an embodiment of the present invention, by repeatedly stacking and filling the powdered material (ceramic powder (CP)) layer by layer sintering action to complete the operation control for the removal of the artificial support is additionally can do.

이를 위해 제어부(140)는, 제1 수직구동부(126)를 작동제어하여 적층판(123)을 가동판(122)의 상면까지 상승시키는 제어를 하게 된다. 다음으로, 제어부(140)는 적층공간(S1)으로부터 완성된 인공지지체가 이탈될 수 있도록, 피드구동부(134)를 작동제어하여 피드롤러(132)를 가동판(122)의 단부까지 선형이동시키는 제어를 하게 된다.To this end, the control unit 140 controls the first vertical driving unit 126 to operate and raise the laminated plate 123 to the upper surface of the movable plate 122. Next, the control unit 140 operates the feed driving unit 134 to control the feed roller 132 linearly to the end of the movable plate 122 so that the completed artificial support can be separated from the stacked space S1. Control.

이러한 제어부(140)의 특별한 제어로 인해, 본 발명의 실시예에 따른 인공지지체 제조장치(100)는 사용자에 의한 수작업에 의한 도움없이 인공지지체의 완성에서 가동판(122)의 양측 단부에 위치한 수거함(128)으로의 반출까지 일체로 자동화된 작동을 수행하게 된다Due to the special control of the control unit 140, the apparatus 100 for manufacturing an artificial support according to an embodiment of the present invention is collected at both ends of the movable plate 122 at the completion of the artificial support without manual intervention by a user. Until the export to (128), an automated operation is performed.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 인공지지체 제조장치(100)와 이를 이용한 제조방법으로 인해, 도 7 에 도시된 바와 같은 복잡한 다공구조를 갖는 다양한 맞춤형 3D 인공지지체가 미소단위로 신속하고 정밀하게 제조될 수 있고, 뼈의 성분인 칼슘(Ca)과 인(P)을 포함한 세라믹분말(CP)을 분말용 소재로 이용함으로써 생체에 보다 적합성 있는 인공지지체의 제조가 이루어질 수 있으며, 전체 장치의 소형화가 가능해져 소규모의 연구실 또는 병원 단위에서의 자유롭고 범용적인 이용이 도모될 수 있다.Due to the artificial support manufacturing apparatus 100 and the manufacturing method using the same according to the embodiment of the present invention as described above, various customized 3D artificial supports having a complex porous structure as shown in FIG. It can be manufactured precisely, and by using ceramic powder (CP) including calcium (Ca) and phosphorus (P), which are the components of bone, as a material for powder, a more suitable artificial support for living body can be manufactured, and the whole device The miniaturization of the system enables free and universal use in a small laboratory or hospital unit.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.In the foregoing, although specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, the present invention is not limited to the described embodiments, and it is common knowledge in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is obvious to those who have it. Therefore, such modifications or variations should not be individually understood from the technical spirit or viewpoint of the present invention, and the modified embodiments should belong to the claims of the present invention.

T: 타겟점 F: 렌즈 초점
CP: 세라믹분말 S1: 적층공간
S2: 수용공간
100: 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치
102: 바닥프레임 110: 레이저부
112: 레이저발생기 114: 빔확장기
116: 반사경 118: 포커싱렌즈
120: 작업부 122: 가동판
123: 적층판 124: 수평구동부
124a: x축 구동부 124b: y축 구동부
126: 제1 수직구동부 128: 수거함
130: 피딩부 132: 피드롤러
133: 토출판 134: 피드구동부
136: 제2 수직구동부 138: 회전구동부
139: 중량센서 140: 제어부
150: 가압부 150a: 코일스프링
T: Target point F: Lens focus
CP: Ceramic powder S1: Laminated space
S2: accommodation space
100: 6-axis driving type 3D artificial support manufacturing device
102: floor frame 110: laser section
112: laser generator 114: beam expander
116: reflector 118: focusing lens
120: working unit 122: movable plate
123: laminated plate 124: horizontal driving unit
124a: x-axis drive 124b: y-axis drive
126: first vertical drive unit 128: collection box
130: feeding unit 132: feed roller
133: discharge plate 134: feed driving unit
136: second vertical drive unit 138: rotary drive unit
139: weight sensor 140: control unit
150: pressing portion 150a: coil spring

Claims (9)

xy평면의 고정된 타겟점에서 레이저 소결작용이 이루어지게 하는 레이저부;
xy평면 상을 거동하는 가동판의 상기 타겟점을 포함하는 일영역에서 z축을 따라 하강작동하며 적층공간을 형성하는 적층판이 구비된 3축 구동의 작업부; 및
상기 가동판의 타영역에 형성된 수용공간에서 z축을 따라 상방으로 토출된 인공지지체용 세라믹분말이 상기 적층공간에 채워지도록, 회전하며 상기 적층공간으로 선형작동하는 피드롤러가 구비된 3축 구동의 피딩부를 포함하여,
반복적으로 적층되는 세라믹분말에 대하여 레이저 소결작용이 연속적으로 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치.
a laser unit that enables laser sintering at a fixed target point on the xy plane;
a three-axis driving work unit provided with a stacked plate forming a stacked space while descending along the z-axis in an area including the target point of the movable plate moving on the xy plane; And
Three-axis driving feeding with a feed roller that rotates and rotates so that the ceramic powder for artificial support discharged upward along the z-axis in the receiving space formed in the other area of the movable plate is filled in the laminated space, and linearly operates in the laminated space. Including wealth,
6-axis driving type three-dimensional artificial support manufacturing apparatus characterized in that the laser sintering is continuously performed on the ceramic powders that are repeatedly stacked.
제1항에 있어서,
상기 작업부는,
상기 가동판이 x축 및 y축 방향으로 연동된 선형작동을 하도록, 바닥프레임과 상기 가동판 사이에 설치되는 2축 구동의 수평구동부;
상기 수평구동부에 결합되어 xy평면 상을 거동하고, 상기 수용공간과 적층공간이 각각 나란하게 상하방향으로 관통형성된 상기 가동판; 및
상기 적층공간에 삽입설치된 상기 적층판을 z축을 따라 승강시키는 제1 수직구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치.
According to claim 1,
The working unit,
A two-axis horizontal driving unit installed between the floor frame and the movable plate so that the movable plate is linearly operated in the x-axis and y-axis directions;
The movable plate is coupled to the horizontal driving unit to move on the xy plane, and the receiving space and the stacking space are formed to penetrate each other in the vertical direction; And
A six-axis driving type three-dimensional artificial support manufacturing apparatus comprising a first vertical driving unit for moving the laminated plate inserted into the stacked space along the z-axis.
제2항에 있어서,
상기 피딩부는,
상기 수용공간 내의 세라믹분말을 지지하도록 삽입설치된 토출판을 z축을 따라 승강시키는 제2 수직구동부;
상기 수평구동부와 가동판 사이에 설치되어 상기 수용공간과 적층공간 사이를 왕복하며 선형작동을 하는 피드구동부;
상기 가동판의 상면과 접한 상태로 상기 피드구동부에 결합되어 상기 수용공간에서 토출된 세라믹분말을 상기 적층공간으로 이동시키고, 일정한 두께로 채우는 원통형의 상기 피드롤러; 및
상기 피드구동부의 선형작동에 대하여 직각인 방향을 축으로 상기 피드롤러를 회전시키는 회전구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치.
According to claim 2,
The feeding portion,
A second vertical driving unit for moving the ejection plate inserted and installed along the z-axis to support the ceramic powder in the accommodation space;
A feed driving unit installed between the horizontal driving unit and the movable plate to perform a linear operation while reciprocating between the receiving space and the stacked space;
A feed roller having a cylindrical shape coupled to the feed driving part in contact with the upper surface of the movable plate to move the ceramic powder discharged from the receiving space to the stacked space and to fill it with a constant thickness; And
A six-axis driving type three-dimensional artificial support manufacturing apparatus comprising a rotary driving unit for rotating the feed roller in an axis perpendicular to the linear operation of the feed driving unit.
제3항에 있어서,
상기 세라믹분말은,
생체 적합성이 있는 인산칼슘계 세라믹(CaP based ceramics) 분말인 것을 특징으로 하는 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치.
According to claim 3,
The ceramic powder,
A 6-axis driving type 3D artificial support manufacturing apparatus characterized by being a biocompatible calcium phosphate based ceramics powder.
제3항에 있어서,
상기 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치는,
상기 레이저부, 상기 작업부 및 상기 피딩부와 각각 연결되어 이들을 개별적으로 작동제어하는 제어부를 더 포함하되,
상기 제어부는,
반복적으로 적층되며 채워지는 세라믹분말에 대한 층별 소결작용에 의해 완성된 인공지지체의 반출을 위해 상기 제1 수직구동부를 작동제어하여 상기 적층판을 상기 가동판의 상면까지 상승시키고, 상기 적층공간으로부터 완성된 인공지지체의 이탈을 위해 상기 피드구동부를 작동제어하여 상기 피드롤러를 상기 가동판의 단부까지 선형이동시키는 것을 특징으로 하는 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치.
According to claim 3,
The 6-axis driving type 3D artificial support manufacturing apparatus,
The laser unit, the working unit and the feeding unit is further connected to each control unit for individually controlling the operation,
The control unit,
The first vertical driving unit is operated and controlled to carry out the artificial support completed by layer-by-layer sintering action on the ceramic powder that is repeatedly stacked and filled to raise the laminated plate to the upper surface of the movable plate, and completed from the laminated space. 6-axis driving type three-dimensional artificial support manufacturing apparatus characterized in that the feed driving unit is operated and controlled to move the feed roller linearly to the end of the movable plate for the departure of the artificial support.
제3항에 있어서,
상기 레이저부는,
이산화탄소를 매질로 레이저빔을 생성하여 방사하는 레이저발생기;
레이저빔의 방출구에서 빔 사이즈를 조절하는 빔확장기;
상기 빔확장기를 통과한 레이저빔을 상기 타겟점을 향한 방향으로 전환하는 반사경; 및
방향 전환된 레이저빔의 경로를 따라 위치조절이 가능하도록 구비되어 레이저빔을 초점 상에 수렴시키는 포커싱렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치.
According to claim 3,
The laser unit,
A laser generator that generates and emits carbon dioxide as a laser beam;
A beam expander for adjusting the beam size at the exit of the laser beam;
A reflector for converting the laser beam passing through the beam expander in a direction toward the target point; And
A 6-axis driving type 3D artificial support manufacturing apparatus comprising a focusing lens that is provided to enable position adjustment along a path of a redirected laser beam and converges the laser beam onto a focal point.
제3항에 있어서,
상기 피딩부는,
상기 적층공간에 채워진 세라믹분말에 대한 다짐작용이 이루어지도록, 상기 피드롤러를 상기 가동판 쪽으로 밀착시키며 가압하는 가압부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치.
According to claim 3,
The feeding portion,
The six-axis driving type three-dimensional artificial support manufacturing apparatus further comprising a pressing portion for pressing and pressing the feed roller toward the movable plate, so that the compaction action for the ceramic powder filled in the lamination space is achieved.
제7항에 있어서,
상기 가압부는,
상기 피드롤러 주변에 설치되어,
상기 피드롤러가 상기 가동판 쪽으로 밀착되도록 탄성지지하는 기계적 코일스프링이거나, 제어전원의 인가에 따라 신장되며 상기 피드롤러를 상기 가동판 쪽으로 밀착시키는 전기적 압전소자인 것을 특징으로 하는 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치.
The method of claim 7,
The pressing portion,
It is installed around the feed roller,
6-axis driving type three-dimensional, characterized in that the feed roller is a mechanical coil spring elastically supported so as to be in close contact with the movable plate, or is an electric piezoelectric element that is elongated upon application of control power and adheres the feed roller to the movable plate. Artificial support manufacturing device.
제3항에 있어서,
상기 피딩부는,
상기 수용공간 내에 수용된 세라믹분말의 무게를 측정할 수 있도록, 상기 토출판 일측에 구비되는 중량센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 6축 구동형 3차원 인공지지체 제조장치.
According to claim 3,
The feeding portion,
6-axis driving type three-dimensional artificial support manufacturing apparatus further comprising a weight sensor provided on one side of the discharge plate to measure the weight of the ceramic powder accommodated in the accommodation space.
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