KR20200072624A - 가스 순환기 및 적층 가공 장치 - Google Patents

가스 순환기 및 적층 가공 장치 Download PDF

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장재영
정유종
신명준
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Abstract

본 발명은, 챔버부의 하부에 장착되는 가스 유입부, 챔버부의 상부에 장착되는 가스 배출부, 가스 유입부 및 가스 배출부를 연결시키는 가스 순환부, 가스 유입부와 가스 배출부 중 적어도 하나에 설치되는 송풍부, 및 가스 유입부와 가스 배출부 중 적어도 하나에 설치되는 필터부를 포함하는 가스 순환기와, 이를 구비하는 적층 가공 장치로서, 흄이 누적되는 것을 방지할 수 있는 가스 순환기 및 이를 구비하는 적층 가공 장치가 제시된다.

Description

가스 순환기 및 적층 가공 장치{GAS CIRCULATOR AND ADDITIVE MANUFACTURING APPARATUS}
본 발명은 가스 순환기 및 적층 가공 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 흄(Fume)이 누적되는 것을 방지할 수 있는 가스 순환기 및 이를 구비하는 적층 가공 장치에 관한 것이다.
SLS(Selective Laser Sintering) 방식의 3D(3-Dimension) 프린터(이하, '3D 프린터'라고 한다)는 아래에서 위로 분말층을 층층이 쌓아가면서 레이저 빔을 이용하여 3차원 구조물의 단면 형상으로 분말층을 선택적으로 소결시켜 3차원 구조물을 제작하는 장치이다. 3D 프린터를 이용하면 종래의 기계적 가공으로 제조가 어려운 복잡한 형상의 정밀 부품을 쉽게 제작할 수 있다.
통상의 3D 프린터는, 복수의 실린더실이 형성된 분말 베드, 복수의 실린더실에 각각 장착되는 피스톤 스테이지, 복수의 실린더실 간에 분말을 이송하는 블레이드, 레이저 빔을 방출하는 레이저 소스, 및 레이저 빔의 경로를 안내하는 스캐너를 포함한다. 그중 복수의 실린더실은 분말이 적층 가공(additive manufacturing)되는 가공실 및 분말이 상부로 배출되는 공급실을 포함한다.
공급실의 피스톤 스테이지가 상승하면, 공급실 내의 분말이 공급실의 상부로 배출된다. 분말은 블레이드에 의해 가공실 내로 이송되고, 가공실의 피스톤 스테이지상에 소정 두께로 적층된다. 이때, 가공실의 피스톤 스테이지는 하강한다. 이후, 레이저 소스로부터 방출된 레이저 빔이 스캐너를 통하여 가공실 내에 조사된다. 이때, 가공실 내의 분말층이 원하는 3차원 구조물의 단면 형상으로 소결된다. 이러한 과정이 반복되어 가공실의 피스톤 스테이지상에 3차원 구조물이 제작된다.
분말 베드의 상부는 챔버로 보호되고, 챔버에는 아르곤 가스가 충전된다. 아르곤 가스는 분말이 원하는 형상의 3차원 구조물로 적층 가공되는 동안, 분말의 산화 및 폭발을 방지한다.
한편, 분말층이 선택적으로 소결되는 동안, 다량의 흄이 발생한다. 이에, 다량의 흄이 챔버의 내부에 누적되는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
KR 10-2016-0065441 A KR 10-2018-0076951 A
본 발명은 흄이 누적되는 것을 방지할 수 있는 가스 순환기 및 적층 가공 장치를 제공한다.
본 발명은 가스를 청정하게 유지할 수 있는 가스 순환기 및 적층 가공 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 가스 순환기는, 내부에 처리 공간이 형성된 챔버부의 하부에 장착되는 가스 유입부; 상기 챔버부의 상부에 장착되는 가스 배출부; 상기 챔버부의 외측에서 상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부를 연결시키는 가스 순환부; 상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부 중 적어도 하나에 설치되는 송풍부; 상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부 중 적어도 하나에 설치되는 필터부;를 포함한다.
상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부는 수평 방향으로 연장되고, 상기 가스 순환부는 상하 방향으로 연장되며, 상기 송풍부 및 필터부는 상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부를 관통하도록 설치될 수 있다.
상기 송풍부는 상기 가스 유입부에 설치되는 제1송풍 부재 및 상기 가스 배출부에 설치되는 제2송풍 부재를 포함하고, 상기 필터부는 상기 가스 유입부에 설치되는 제1필터 부재 및 상기 가스 배출부에 설치되는 제2필터 부재를 포함할 수 있다.
상기 제1송풍 부재는 상기 챔버부에서 상기 가스 순환부를 향하는 방향으로 가스 흐름을 형성하고, 상기 제2송풍 부재는 상기 가스 순환부에서 상기 챔버부를 향하는 방향으로 가스 흐름을 형성할 수 있다.
상기 챔버부, 상기 가스 유입부, 상기 가스 순환부, 및 상기 가스 배출부를 포함하여 가스의 순환 흐름이 형성되고, 상기 제1송풍 부재의 전방에 상기 제1필터 부재가 배치되고, 상기 제2송풍 부재의 후방에 상기 제2필터 부재가 배치될 수 있다.
상기 가스 순환부의 내부로 연장되고, 냉각 유로를 구비하는 냉각부;를 포함할 수 있다.
상기 제1송풍 부재 및 상기 제2송풍 부재에 연결되는 전원 공급부; 상기 전원 공급부에 연결되고, 상기 전원 공급부의 부하 변화를 감지하여 상기 제1필터 부재 및 상기 제2필터 부재의 교체 시기를 예측하는 모니터링부;를 포함할 수 있다.
상기 제1필터 부재의 전방으로 이격되어 상기 가스 순환부의 내부에 설치되는 게이트부; 상기 게이트부와 상기 제1필터 부재의 사이에서 상기 가스 순환부의 하부를 관통하도록 장착되는 분진 배출부; 상기 가스 순환부의 상부를 관통하도록 장착되고, 상기 제1필터 부재에 연결되는 진동부; 상기 게이트부 및 상기 진동부에 연결되고, 주기적으로 상기 게이트부를 차단하고, 상기 진동부를 작동시켜 상기 제1필터 부재에 부착된 분진을 상기 분진 배출부로 배출시키는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 적층 가공 장치는, 내부에 처리 공간이 형성되는 챔버부; 상기 챔버부의 바닥면을 형성하는 베드부; 상기 베드부를 상하 방향으로 관통하도록 설치되고, 상부에 분말이 적재되는 피스톤부; 상기 챔버부의 상부에 설치되고, 상기 피스톤부를 향하는 방향으로 상기 챔버부의 내부에 레이저 빔을 방출하는 레이저 빔 생성부; 상기 챔버부 내에 가스를 순환시키도록 형성되는 가스 순환기;를 포함한다.
상기 가스 순환기에 의하여 상기 챔버부의 내부 및 상기 가스 순환기의 내부를 연결하는 가스의 순환 경로가 형성될 수 있다.
상기 가스 순환기는 내부에 적어도 하나의 송풍부 및 필터부를 구비할 수 있다.
상기 가스 순환기는, 상기 챔버부의 하부에 장착되는 가스 유입부; 상기 챔버부의 상부에 장착되는 가스 배출부; 상기 챔버부의 외부에서 상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부를 연결시키는 가스 순환부;를 포함하고, 상기 송풍부 및 상기 필터부는 상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부에 각각 설치될 수 있다.
상기 송풍부는 상기 가스 유입부에 설치되는 제1송풍 부재 및 상기 가스 배출부에 설치되는 제2송풍 부재를 포함하고, 상기 필터부는 상기 가스 유입부에 설치되는 제1필터 부재 및 상기 가스 배출부에 설치되는 제2필터 부재를 포함하며, 상기 제1송풍 부재, 상기 제2송풍 부재, 상기 제1필터 부재, 및 상기 제2필터 부재는 상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부를 가로지르는 방향으로 슬라이드 가능하게 설치되어 교체 가능하다.
상기 제1송풍 부재 및 상기 제2송풍 부재는 상기 챔버부의 하부, 상기 가스 유입부, 상기 가스 순환부, 상기 가스 배출부 및 상기 챔버부의 상부의 순서로 가스의 순환 흐름을 형성하고, 상기 제1필터 부재의 후방에 상기 제1송풍 부재가 배치되고, 상기 제2필터 부재의 전방에 상기 제2송풍 부재가 배치될 수 있다.
상기 가스 순환기는, 상기 가스 순환부의 내부로 연장되고, 냉각 유로를 구비하는 냉각부; 상기 송풍부에 연결되는 전원 공급부; 상기 전원 공급부의 부하 변화를 감지하여 상기 냉각 유로로 공급되는 냉각 매체의 유량을 조절하는 냉각 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 가스 순환기를 경유하여 챔버부의 하부와 상부를 순환하는 가스의 순환 흐름을 형성하여, 챔버부의 하부에 흄이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 가스 순환기가 필터부를 구비할 수 있다. 그리고 가스를 필터부에 통과시킴으로써, 챔버부의 하부와 상부를 순환하는 가스로부터 흄을 제거하여, 흄이 챔버부의 내부에 누적되는 것을 방지할 수 있다.
이에, 가스 순환기가 가스를 청정하게 유지시킬 수 있다. 따라서, 적층 가공 장치가 안정적으로 작동되며 3차원 구조물을 정밀하게 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 적층 가공 장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 적층 가공 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 순환기의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 가스 순환기의 부분 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예에 따른 가스 순환기 및 적층 가공 장치는 3D 프린터에 적용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 적층 가공 장치는 일종의 3D 프린터일 수 있고, 가스 순환기는 3D 프린터에 구비된 가스 순환기일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 가스 순환기 및 이를 구비하는 적층 가공 장치는 흄이 누적되는 것을 방지할 수 있는 기술적 특징을 제시한다.
이하, 3D 프린터를 기준으로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 가스 순환기 및 적층 가공 장치를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 적층 가공 장치의 정면도이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 적층 가공 장치의 측면도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 순환기의 개략도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 순환기는, 적층 가공 장치에 구비되어 챔버부 내의 가스를 순환시키는 가스 순환기로서, 내부에 처리 공간이 형성된 챔버부(600)의 하부(D1)에 장착되는 가스 유입부(810), 챔버부(600)의 상부(D2)에 장착되는 가스 배출부(820), 챔버부(600)의 외측에 배치되며 가스 유입부(810)와 가스 배출부(820)를 연결시키는 가스 순환부(830), 가스 유입부(810)와 가스 배출부(820) 중 적어도 하나에 설치되는 송풍부(840), 가스 유입부(810)와 가스 배출부(820) 중 적어도 하나에 설치되는 필터부(850)를 포함한다.
가스 유입부(810)는 수평 방향으로 연장될 수 있다. 가스 유입부(810)는 내부에 가스 통로가 구비될 수 있다. 가스 유입부(810)를 가스 유입 덕트라고 지칭할 수 있다. 가스 유입부(810)는 챔버부(600)의 하부(D1)와 연통할 수 있다. 한편, 가스 유입부(810)는 단일 덕트로 형성될 수 있고, 복수개의 덕트가 수평 방향으로 결합되어 형성될 수 있다.
가스 유입부(810)는 챔버부(600)의 하부(D1)로부터 가스를 도입할 수 있다. 가스 유입부(810)에 도입된 가스는 가스 순환부(830)와 가스 배출부(820)를 경유하여 챔버부(600)의 상부(D2)로 배출될 수 있다.
가스 순환부(830)는 상하 방향으로 연장될 수 있다. 가스 순환부(830)는 챔버부(600)의 외측에 배치되고, 가스 유입부(810)와 가스 배출부(820)를 연결시키도록 형성될 수 있다. 가스 순환부(830)를 가스 순환 덕트라고 지칭할 수 있다.
가스 배출부(820)는 수평 방향으로 연장될 수 있다. 가스 배출부(820)는 내부에 가스 통로가 구비될 수 있다. 가스 배출부(820)를 가스 배출 덕트라고 지칭할 수 있다. 가스 배출부(820)는 챔버부(600)의 상부(D2)와 연통할 수 있다. 한편, 가스 배출부(820)는 단일 덕트로 형성될 수 있고, 복수개의 덕트가 수평 방향으로 결합되어 형성될 수 있다.
가스 배출부(820)에서 챔버부(600)의 상부(D2)로 배출된 가스는 챔버부(600)의 하부(D1)로 이동하여 가스 유입부(810)로 유입될 수 있다.
챔버부(600), 가스 유입부(810), 가스 순환부(830), 및 가스 배출부(820)를 포함하여 가스의 순환 흐름(C)이 형성될 수 있다.
상술한 가스의 순환 흐름(C)을 형성하기 위하여, 가스 유입부(810) 및 가스 배출부(820) 중 적어도 하나에 송풍부(840)가 설치될 수 있다.
송풍부(840)는 가스 유입부(810) 및 가스 배출부(820)에 모두 설치될 수 있다. 송풍부(840)는 가스 유입부(810) 및 가스 배출부(820)를 관통하도록 설치될 수 있다. 송풍부(840)는 가스 유입부(810)에 설치되는 제1송풍 부재(841) 및 가스 배출부(820)에 설치되는 제2송풍 부재(842)를 포함할 수 있다.
제1송풍 부재(841)는 챔버부(600)에서 가스 순환부(830)를 향하는 방향으로 가스 흐름을 형성할 수 있다. 또한, 제2송풍 부재(842)는 가스 순환부(830)에서 챔버부(600)를 향하는 방향으로 가스 흐름을 형성할 수 있다.
제2송풍 부재(842)는, 가스의 순환 흐름(C)에 중첩되고, 가스 배출부(820)를 관통하도록 설치되며, 탈착 가능한 바 부재(842a), 바 부재(842a)의 길이 방향으로 나열되는 송풍 수단(842b)를 포함할 수 있다. 송풍 수단(842b)은 팬, 블로어 및 에어 모터 등 다양할 수 있다. 송풍 수단(842b)은 예컨대 분당 수천 리터의 유량으로 가스를 유동시킬 수 있다. 제1송풍 부재(841)의 구성은 제2송풍 부재(842)와 동일할 수 있다. 한편, 제2송풍 부재(842)의 구성은 상술한 바에 특별히 한정하지 않는다. 제2송풍 부재(842)의 구성은 다양할 수 있다.
한편, 챔버부(600)의 내부에서 이물 예컨대 흄(f)이 발생할 수 있다. 특히, 흄(f)은 챔버부(600)의 하부(D1)에서 주로 생성될 수 있다. 이러한 흄(f)은 가스의 순환 흐름(C)을 따라 유동할 수 있고, 챔버부(600)의 내부에서 수행되는 처리 공정 예컨대 3차원 구조물의 제조 공정에 악영항을 끼칠 수 있다.
따라서, 상술한 가스의 순환 흐름(C)에 유입된 흄(f)을 제거하기 위하여, 가스 유입부(810) 및 가스 배출부(820) 중 적어도 하나에는 필터부(850)가 설치될 수 있다.
구체적으로, 필터부(850)는 가스 유입부(810) 및 가스 배출부(820)에 설치될 수 있다. 필터부(850)는 가스 유입부(810) 및 가스 배출부(820)를 관통하도록 설치될 수 있다. 필터부(850)는 가스 유입부(810)에 설치되는 제1필터 부재(851) 및 가스 배출부(820)에 설치되는 제2필터 부재(852)를 포함할 수 있다. 즉, 필터부(850)는 2중으로 설치될 수 있다.
이때, 가스의 흐름을 기준으로 하여 제1송풍 부재(841)의 전방에 제1필터 부재(851)가 배치될 수 있고, 제2송풍 부재(852)의 후방에 제2필터 부재(842)가 배치될 수 있다. 여기서, 전방은 가스가 먼저 통과하는 위치를 의미하고, 후방은 가스가 나중에 통과하는 위치를 의미한다.
즉, 가스 유입부(810)로 도입되는 가스는 전방의 제1필터 부재(851)를 통과한 후 후방의 제1송풍 부재(841)를 통과할 수 있고, 가스 배출부(820)에서 배출되는 가스는 전방의 제2필터 부재(852)를 통과한 후 후방의 제2송풍 부재(842)를 통과할 수 있다.
제2필터 부재(852)는, 가스의 순환 흐름(C)에 중첩되고, 가스 배출부(820)에 탈착 가능하게 설치되는 바 형상의 필터 하우징(842a), 필터 하우징(842a)에 장착되는 필터(852b)를 포함할 수 있다. 필터(852b)은 흄(f)을 포집하여 가스로부터 제거할 수 있는 다양한 건식 필터를 포함할 수 있다. 제1필터 부재(851)의 구성은 제2필터 부재(852)와 동일할 수 있다. 한편, 제2필터 부재(852)의 구성은 상술한 바에 특별히 한정하지 않는다. 제2필터 부재(852)의 구성은 다양할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 가스 순환기는, 가스의 순환 흐름(C)을 따라 흐르는 가스를 냉각시킬 수 있도록 하는 냉각부(860)를 더 포함할 수 있다.
냉각부(860)는 가스 순환부(830)의 내부로 연장되어 가스와 직접 접촉할 수 있다. 냉각부(860)는 냉각 유로를 구비할 수 있고, 냉매 공급원(미도시)에 연결될 수 있다. 냉각부(860)는 냉매 공급원으로부터 냉매를 공급받아 냉각 유로로 유동시킬 수 있다. 가스의 순환 경로(C)를 따라 순환하는 가스는 냉매와 열교환하여 냉각될 수 있다. 냉매는 물을 포함할 수 있다. 물론, 냉매의 종류는 다양할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 순환부의 작동을 설명한다. 도 2를 보면, 분말(P)이 3차원 구조물(S)로 제작되는 중에, 챔버부(600)의 하부에서 흄(f)이 생성될 수 있다. 흄(f)은 가스 순환부를 경유하는 가스의 순환 흐름(C)을 따라 흐르는 중에 필터부(850)를 통과하며 가스로부터 제거될 수 있다. 구체적으로, 흄(f)은 챔버부(600)의 하부(D1)에서 가스 유입부(810)로 유동하면서 필터부(850)에서 여과될 수 있다. 이후, 청정해진 가스는 가스 순환부(830)와 가스 배출부(820)를 경유하여 챔버부(600)의 상부(D2)에 배출될 수 있다.
이에, 챔버부(600)의 내부의 가스 예컨대 아르곤 가스가 항상 청정한 상태로 제어될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 적층 가공 장치를 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 적층 가공 장치는 상술한 가스 순환기가 적용되는 적층 가공 장치로서, 내부에 처리 공간이 형성되는 챔버부(600), 챔버부(600)의 바닥면을 형성하는 베드부(100), 베드부(100)를 상하 방향으로 관통하도록 설치되고, 분말(P)이 적재되는 피스톤부(200), 챔버부(600)의 상부에 설치되어 피스톤부(200)를 향하는 방향으로 챔버부(600)의 내부에 레이저 빔(L)을 방출하는 레이저 빔 생성부(700), 및 챔버부(600) 내에 가스를 순환시키도록 형성되는 가스 순환기(810, 820, 830, 840, 850, 860)를 포함한다.
가스 순환기에 의하여 챔버부(600)의 내부 및 가스 순환기의 내부를 연결하는 가스의 순환 경로가 형성될 수 있다. 즉, 챔버부(600)의 하부(D1), 가스 순환기의 내부 및 챔버부(600)의 상부(D2)를 통하여 가스가 순환할 수 있다. 가스의 순환 경로는 환형의 경로일 수 있다. 가스의 순환 경로의 소정 위치에 필터부(850)가 구비될 수 있다. 가스는 필터부(850)를 경유할 수 있다. 필터부(850)는 가스로부터 흄(f)을 여과할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 적층 가공 장치는, 테이블(400), 실링부(300), 및 이송부(500)를 더 포함할 수 있다.
분말(P)은 금속 분말 및 플라스틱 분말을 포함할 수 있다. 물론, 분말(P)은 금속 분말 및 플라스틱 분말 외에도, 그 종류가 다양할 수 있다. 예컨대 분말(P)은 3D 프린터에서 3차원 구조물의 제작에 사용될 수 있는 각종 원료 물질을 포함할 수 있다.
분말(P)은 수십 내지 수백 마이크로미터의 입도로 마련될 수 있다. 분말(P)은 레이저 빔(L)에 의하여 선택적으로 소결되어 원하는 형상의 제품 예컨대 3차원 구조물(S)로 제작될 수 있다
베드부(100)는 테이블(400)의 상부에 안착될 수 있다. 테이블(400)은 베드부(100)가 안착될 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
베드부(100)는 수평 방향 및 상하 방향으로 연장되어, 소정의 면적과 두께를 가질 수 있다. 베드부(100)는 사각 플레이트 형상일 수 있다. 물론, 베드부(100)의 형상은 다양할 수 있다. 베드부(100)를 '분말 베드'라고 지칭할 수도 있다.
베드부(100)에는 상하 방향으로 개방된 하나 이상의 개구(110)가 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 베드부(100)에는 복수개 예컨대 세 개의 개구(110)가 형성될 수 있다.
복수개의 개구(110)는 수평 방향으로 나열된 복수의 위치에서 베드부(100)를 상하 방향으로 관통하도록 형성될 수 있다. 복수개의 개구(110)는 피스톤부(200)가 설치될 수 있는 실린더실의 역할을 한다.
복수개의 개구(110) 중 어느 하나는 분말(P)이 적층 가공되는 가공실의 역할을 할 수 있다. 복수개의 개구(110) 중 적어도 다른 하나는 분말(P)을 상부로 배출시키는 공급실의 역할을 할 수 있다. 예컨대 복수개의 개구(110) 중 가운데 개구가 가공실일 수 있고, 가운데 개구를 제외한 나머지가 공급실일 수 있다.
피스톤부(200)는 복수개의 개구(110)에 각각 설치될 수 있다. 더욱 구체적으로, 피스톤부(200)는 복수개의 개구(110)의 내부에 각각 승강 가능하게 설치될 수 있다. 피스톤부(200)는 개구(110)의 바닥면을 형성할 수 있다. 피스톤부(200)의 상부에 분말(P)이 적재될 수 있다.
공급실의 피스톤부(200)가 수십 내지 수백 마이크로미터의 높이로 상승하면, 분말(P)이 수십 내지 수백 마이크로미터의 두께만큼 개구(110)의 상부로 배출될 수 있다. 이후, 분말(P)은 베드부(100)의 상부에 마련된 이송부(500)의 블레이드(510)에 의하여 베드부(100)의 상면을 따라 이송되어 가공실로 공급될 수 있다.
이때, 가공실의 피스톤부(200)가 수십 내지 수백 마이크로미터의 높이로 하강하고, 분말(P)은 가공실의 내부에 수십 내지 수백 마이크로미터의 균일한 두께로 분말층을 형성할 수 있다.
이처럼 분말(P)의 배출과 이송 및 공급이 반복되어 가공실의 내부에 상하 방향으로 적층된 복수의 분말층이 형성될 수 있다.
피스톤부(200)는, 개구(110)의 바닥면을 형성하는 헤드 블록(210), 헤드 블록(210)을 승강시키는 피스톤 블록(220), 피스톤 블록(220)이 설치된 지지대(230)를 포함할 수 있다.
헤드 블록(210)은 개구(110)의 바닥면을 형성할 수 있는 형상과 크기를 가질 수 있다. 헤드 블록(210)을 피스톤 스테이지라고 지칭할 수 있다.
헤드 블록(210)은 개구(110)의 내부에 배치될 수 있다. 헤드 블록(210)의 측면과 개구(110)의 내벽(111) 사이에 여유 간격이 마련될 수 있다. 이때, 여유 간격의 크기는 수 밀리미터 정도일 수 있다.
헤드 블록(210)의 측면에는 실링부 삽입홈이 오목하게 형성될 수 있다. 실링부 삽입홈은 헤드 블록(210)의 측면을 따라 예컨대 둘레 방향으로 연장될 수 있다.
피스톤 블록(220)은 개구(110)의 하부에 배치될 수 있고, 개구(110)의 하방으로 연장될 수 있다. 피스톤 블록(220)은 상하 방향으로 신축 가능하게 형성될 수 있다. 피스톤 블록(220)의 상단에 헤드 블록(210)이 지지될 수 있다. 지지대(230)는 개구(210)의 하면을 커버하여 장착될 수 있다. 피스톤 블록(220)은 지지대(230)를 관통하도록 장착될 수 있다.
실링부(300)는 헤드 블록(210)의 측면에 설치될 수 있다. 구체적으로, 실링부(300)는 실링부 삽입홈에 삽입될 수 있다. 실링부(300)는 헤드 블록(210)의 측면과 개구(110)의 내벽(111) 사이를 윤활 및 밀봉하는 역할을 한다.
이송부(500)는 베드부(100)의 상면에 설치될 수 있다. 이송부(500)는 블레이드(510) 및 이송대(520)를 포함할 수 있다. 이송대(520)는 개구(110)가 나열된 방향으로 연장될 수 있다. 이송대(520)는 갠트리의 구성과 방식이 적용될 수 있다.
블레이드(510)는 수평 방향으로 이송부(500)에 주행 가능하게 설치될 수 있다. 블레이드(510)는 하단이 베드부(100)의 상면을 따라 연장될 수 있다. 이때, 블레이드(510)의 하단의 연장 길이는 개구(110)의 수평 방향의 크기보다 클 수 있다. 블레이드(510)는 개구(110)가 나열된 방향으로 좌우 이동하며 공급실의 상부로 배출된 분말(P)을 가공실로 밀어낼 수 있다.
챔버부(600)는 내부에 처리 공간이 형성될 수 있다. 챔버부(600)는 하부가 개방될 수 있다. 챔버부(600)는 베드부(100)의 상부를 커버하도록 장착될 수 있다. 챔버부(600)는 사각 통체의 형상일 수 있다. 물론, 챔버부(600)의 형상은 다양할 수 있다. 챔버부(600)의 상부에는 투과창(610)이 설치되고, 투과창(610)을 통하여 레이저 빔(L)이 챔버부(600)의 내부로 조사될 수 있다.
레이저 빔 생성부(700)는 레이저 소스(710) 및 스캐너(720)를 포함할 수 있다. 레이저 소스(710)에서 레이저 빔이 방출되면, 스캐너(720)가 레이저 빔을 투과창(610)측으로 안내하여 가공실 내의 분말층에 조사할 수 있다. 이에, 가공실 내의 분말층이 원하는 3차원 구조물의 단면 형상으로 소결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 가스 순환기는 앞서 상세하게 설명하였으므로, 이하에서는 간략하게 설명하기로 한다.
가스 순환기는, 챔버부(600)의 하부(D1)에 장착되는 가스 유입부(810), 챔버부(600)의 상부(D2)에 장착되는 가스 배출부(820), 챔버부(600)의 외부에서 가스 유입부(810) 및 가스 배출부(820)를 연결시키는 가스 순환부(830)를 포함할 수 있다. 또한, 가스 순환기는 가스 유입부(810) 및 가스 배출부(820)의 내부에 구비되는 적어도 하나의 송풍부(840) 및 필터부(850), 가스 순환부(830)의 내부로 연장되고, 냉각 유로를 구비하는 냉각부(860)를 포함할 수 있다.
이때, 송풍부(840) 및 필터부(850)는 가스 유입부(810) 및 가스 배출부(820)에 각각 설치될 수 있다. 더욱 구체적으로, 송풍부(840)는, 가스 유입부(810)에 설치되는 제1송풍 부재(841) 및 가스 배출부(820)에 설치되는 제2송풍 부재(842)를 포함할 수 있다. 또한, 필터부(850)는 가스 유입부(810)에 설치되는 제1필터 부재(851) 및 가스 배출부(820)에 설치되는 제2필터 부재(852)를 포함할 수 있다.
제1송풍 부재(841), 제2송풍 부재(842), 제1필터 부재(851), 및 제2필터 부재(852)는 가스 유입부(810) 및 가스 배출부(820)를 가로지르는 방향으로 슬라이드 가능하게 설치되어 교체가 용이할 수 있다.
제1송풍 부재(841) 및 제2송풍 부재(842)는 챔버부(600)의 하부, 가스 유입부(810), 가스 순환부(830), 가스 배출부(820) 및 챔버부(600)의 상부(D2)의 순서로 가스의 순환 흐름(C)을 형성할 수 있다. 이때, 제1필터 부재(851)의 후방에 제1송풍 부재(841)가 배치되고, 제2필터 부재(852)의 전방에 제2송풍 부재(842)가 배치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 가스 순환기의 부분 확대도이다.
본 발명의 변형 예에 따른 가스 순환기 및 적층 가공 장치는, 필터 재생 구조(870)를 가질 수 있다.
본 발명의 변형 예에 따른 필터 재생 구조(870)는, 제1필터 부재(851)의 전방으로 이격되어 가스 순환부(810) 내부에 설치된 게이트부(871), 게이트부(871)와 제1필터 부재(851)의 사이에서 가스 순환부(810)의 하부를 관통하도록 장착되는 분진 배출부(872), 분진 배출부(872)의 입구에 설치되는 개폐 밸브(874), 가스 순환부(810)의 상부를 관통하도록 장착되고, 제1필터 부재(851)에 연결되는 진동부(873), 게이트부(871)와 진동부(873)에 연결되고, 주기적으로 게이트부(871)를 차단하고, 개폐 밸브(874)를 개방시키고, 진동부(873)를 작동시켜 제1필터 부재(851)에 부착된 분진 예컨대 흄(f)을 탈락시켜 분진 배출부(872)로 배출시키는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 상술한 필터 재생 구조(870)는 제1필터 부재의 사용 수명을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 변형 예에 따른 가스 순환기 및 적층 가공 장치는, 제1송풍 부재(841) 및 제2송풍 부재(842)에 연결되는 전원 공급부(미도시), 전원 공급부에 연결되고, 전원 공급부의 부하 변화를 감지하여 제1필터 부재(841) 및 제2필터 부재(842)의 교체 시기를 예측하는 모니터링부(미도시)를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 흄(f)이 각 필터 부재에 누적되면, 유로가 좁아지기 때문에 제1송풍 부재(841) 및 제2송풍 부재(842)에 전원을 공급하는 전원 공급부에 걸리는 부하가 증가한다. 따라서, 모니터링부는 전원 공급부의 부하가 소정의 기준 부하보다 커질 경우, 제1필터 부재(841) 및 제2필터 부재(842)의 교체 시기라고 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 변형 예에 따른 가스 순환기 및 적층 가공 장치는, 송풍부(840)에 연결되는 전원 공급부(미도시), 전원 공급부의 부하 변화를 감지하여 냉각부(860)의 냉각 유로로 공급되는 냉각 매체의 유량을 조절하는 냉각 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 즉, 가스의 순환 경로를 따라 흐르는 가스의 유량이 적을 경우, 냉각 매체를 적게 공급하고, 반면, 가스의 유량이 많으면 냉각 매체를 많이 공급할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 변형될 것이고, 이 같은 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 베드부 200: 피스톤부
600: 챔버부 810: 가스 유입부
820: 가스 배출부 830: 가스 순환부
P: 분말 f: 흄

Claims (15)

  1. 내부에 처리 공간이 형성된 챔버부의 하부에 장착되는 가스 유입부;
    상기 챔버부의 상부에 장착되는 가스 배출부;
    상기 챔버부의 외측에서 상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부를 연결시키는 가스 순환부;
    상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부 중 적어도 하나에 설치되는 송풍부;
    상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부 중 적어도 하나에 설치되는 필터부;를 포함하는 가스 순환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부는 수평 방향으로 연장되고,
    상기 가스 순환부는 상하 방향으로 연장되며,
    상기 송풍부 및 필터부는 상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부를 관통하도록 설치되는 가스 순환기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 송풍부는 상기 가스 유입부에 설치되는 제1송풍 부재 및 상기 가스 배출부에 설치되는 제2송풍 부재를 포함하고,
    상기 필터부는 상기 가스 유입부에 설치되는 제1필터 부재 및 상기 가스 배출부에 설치되는 제2필터 부재를 포함하는 가스 순환기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1송풍 부재는 상기 챔버부에서 상기 가스 순환부를 향하는 방향으로 가스 흐름을 형성하고,
    상기 제2송풍 부재는 상기 가스 순환부에서 상기 챔버부를 향하는 방향으로 가스 흐름을 형성하는 가스 순환기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 챔버부, 상기 가스 유입부, 상기 가스 순환부, 및 상기 가스 배출부를 포함하여 가스의 순환 흐름이 형성되고,
    상기 제1송풍 부재의 전방에 상기 제1필터 부재가 배치되고,
    상기 제2송풍 부재의 후방에 상기 제2필터 부재가 배치되는 가스 순환기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 순환부의 내부로 연장되고, 냉각 유로를 구비하는 냉각부;를 포함하는 가스 순환기.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1송풍 부재 및 상기 제2송풍 부재에 연결되는 전원 공급부;
    상기 전원 공급부에 연결되고, 상기 전원 공급부의 부하 변화를 감지하여 상기 제1필터 부재 및 상기 제2필터 부재의 교체 시기를 예측하는 모니터링부;를 포함하는 가스 순환기.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1필터 부재의 전방으로 이격되어 상기 가스 순환부의 내부에 설치되는 게이트부;
    상기 게이트부와 상기 제1필터 부재의 사이에서 상기 가스 순환부의 하부를 관통하도록 장착되는 분진 배출부;
    상기 가스 순환부의 상부를 관통하도록 장착되고, 상기 제1필터 부재에 연결되는 진동부;
    상기 게이트부 및 상기 진동부에 연결되고, 주기적으로 상기 게이트부를 차단하고, 상기 진동부를 작동시켜 상기 제1필터 부재에 부착된 분진을 상기 분진 배출부로 배출시키는 제어부;를 포함하는 가스 순환기.
  9. 내부에 처리 공간이 형성되는 챔버부;
    상기 챔버부의 바닥면을 형성하는 베드부;
    상기 베드부를 상하 방향으로 관통하도록 설치되고, 상부에 분말이 적재되는 피스톤부;
    상기 챔버부의 상부에 설치되고, 상기 피스톤부를 향하는 방향으로 상기 챔버부의 내부에 레이저 빔을 방출하는 레이저 빔 생성부;
    상기 챔버부 내에 가스를 순환시키도록 형성되는 가스 순환기;를 포함하는 적층 가공 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 가스 순환기에 의하여 상기 챔버부의 내부 및 상기 가스 순환기의 내부를 연결하는 가스의 순환 경로가 형성되는 적층 가공 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 가스 순환기는 내부에 적어도 하나의 송풍부 및 필터부를 구비하는 적층 가공 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 가스 순환기는,
    상기 챔버부의 하부에 장착되는 가스 유입부;
    상기 챔버부의 상부에 장착되는 가스 배출부;
    상기 챔버부의 외부에서 상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부를 연결시키는 가스 순환부;를 포함하고,
    상기 송풍부 및 상기 필터부는 상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부에 각각 설치되는 적층 가공 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 송풍부는 상기 가스 유입부에 설치되는 제1송풍 부재 및 상기 가스 배출부에 설치되는 제2송풍 부재를 포함하고,
    상기 필터부는 상기 가스 유입부에 설치되는 제1필터 부재 및 상기 가스 배출부에 설치되는 제2필터 부재를 포함하며,
    상기 제1송풍 부재, 상기 제2송풍 부재, 상기 제1필터 부재, 및 상기 제2필터 부재는 상기 가스 유입부 및 상기 가스 배출부를 가로지르는 방향으로 슬라이드 가능하게 설치되어 교체 가능한 적층 가공 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1송풍 부재 및 상기 제2송풍 부재는 상기 챔버부의 하부, 상기 가스 유입부, 상기 가스 순환부, 상기 가스 배출부 및 상기 챔버부의 상부의 순서로 가스의 순환 흐름을 형성하고,
    상기 제1필터 부재의 후방에 상기 제1송풍 부재가 배치되고,
    상기 제2필터 부재의 전방에 상기 제2송풍 부재가 배치되는 적층 가공 장치.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 가스 순환기는,
    상기 가스 순환부의 내부로 연장되고, 냉각 유로를 구비하는 냉각부;
    상기 송풍부에 연결되는 전원 공급부;
    상기 전원 공급부의 부하 변화를 감지하여 상기 냉각 유로로 공급되는 냉각 매체의 유량을 조절하는 냉각 제어부;를 포함하는 적층 가공 장치.
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KR20240022028A (ko) 2022-08-10 2024-02-20 한국전자기술연구원 3d 프린터용 광학모듈 및 이를 포함하는 3d 프린터

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