KR20200075130A - 분말 공급기 및 적층 가공 장치 - Google Patents

분말 공급기 및 적층 가공 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20200075130A
KR20200075130A KR1020180159974A KR20180159974A KR20200075130A KR 20200075130 A KR20200075130 A KR 20200075130A KR 1020180159974 A KR1020180159974 A KR 1020180159974A KR 20180159974 A KR20180159974 A KR 20180159974A KR 20200075130 A KR20200075130 A KR 20200075130A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sealing member
powder
sealing
piston
outer sealing
Prior art date
Application number
KR1020180159974A
Other languages
English (en)
Inventor
장재영
정유종
신명준
Original Assignee
참엔지니어링(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 참엔지니어링(주) filed Critical 참엔지니어링(주)
Priority to KR1020180159974A priority Critical patent/KR20200075130A/ko
Priority to CN201811580813.7A priority patent/CN111299574A/zh
Publication of KR20200075130A publication Critical patent/KR20200075130A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/003—Apparatus, e.g. furnaces
    • B22F3/1055—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/214—Doctor blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/232—Driving means for motion along the axis orthogonal to the plane of a layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/245—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/10—Auxiliary heating means
    • B22F12/13—Auxiliary heating means to preheat the material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/60—Planarisation devices; Compression devices
    • B22F12/67—Blades
    • B22F2003/1056—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

본 발명은, 상하 방향으로 개방된 하나 이상의 개구가 형성되는 베드부, 개구의 내부에 승강 가능하게 설치되고, 개구의 바닥면을 형성하며, 분말이 적재되는 피스톤부, 피스톤부와 개구의 내벽 사이를 실링하도록 피스톤부에 설치되는 실링부를 포함하고, 실링부는 복수겹의 실링 부재를 구비하는 분말 공급기, 및 이를 구비하는 적층 가공 장치로서, 분말이 유출되는 것을 방지할 수 있는 분말 공급기 및 이를 구비하는 적층 가공 장치가 제시된다.

Description

분말 공급기 및 적층 가공 장치{POWDER SUPPLYING APPARATUS AND ADDITIVE MANUFACTURING APPARATUS}
본 발명은 분말 공급기 및 적층 가공 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 분말이 유출되는 것을 방지할 수 있는 분말 공급기 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.
가공실의 피스톤 스테이지에는 히터가 구비된다. 히터는 분말이 원하는 형상의 3차원 구조물로 적층 가공되는 동안, 피스톤 스테이지를 소정 온도로 가열된다. 이에, 분말의 원활하게 적층 가공될 수 있다.
피스톤 스테이지의 열팽창을 수용할 수 있도록 가공실의 내벽과 피스톤 스테이지의 측면 사이에 소정 크기로 여유 간격이 마련된다. 피스톤 스테이지의 열팽창에 따른 부피 증가를 여유 간격이 수용할 수 있다. 이에, 가공실의 내벽에 피스톤 스테이지가 끼이는 것을 방지할 수 있다.
한편, 피스톤 스테이지의 열팽창 시, 피스톤 스테이지의 측면이 가공실의 내벽에 기밀하게 밀착되기 어렵다. 따라서, 피스톤 스테이지의 측면과 가공실의 내벽 사이의 틈새로 분말이 유출되는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
KR 10-2016-0065441 A KR 10-2018-0076951 A
본 발명은 분말이 유출되는 것을 방지할 수 있는 분말 공급기 및 적층 가공 장치를 제공한다.
본 발명은 실링 부재가 베드부에 고착되는 것을 방지할 수 있는 분말 공급기 및 적층 가공 장치를 제공한다.
본 발명은 실링 부재와 베드부 사이의 마찰력을 고르게 할 수 있는 분말 공급기 및 적층 가공 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 분말 공급기는, 상하 방향으로 개방된 하나 이상의 개구가 형성되는 베드부; 상기 개구의 내부에 승강 가능하게 설치되고, 상기 개구의 바닥면을 형성하며, 분말이 적재되는 피스톤부; 상기 피스톤부와 상기 개구의 내벽 사이를 실링하도록 상기 피스톤부에 설치되는 실링부;를 포함하고, 상기 실링부는 복수겹의 실링 부재를 구비한다.
상기 피스톤부는 상기 개구의 바닥면을 형성하는 헤드 블록을 구비하고, 상기 헤드 블록의 측면에는 실링부 삽입홈이 오목하게 형성되며, 상기 복수겹의 실링 부재는, 상기 실링부 삽입홈에 삽입되고 상기 헤드 블록의 둘레를 따라 연장되며, 상기 헤드 블록의 외측으로 돌출될 수 있다.
상기 복수겹의 실링 부재는 탄성력이 상이할 수 있다.
상기 복수겹의 실링 부재는 내측 실링 부재 및 외측 실링 부재를 포함하고, 상기 내측 실링 부재는 상기 외측 실링 부재보다 탄성력이 클 수 있다.
상기 내측 실링 부재는 텐션 패드를 포함하고, 상기 외측 실링 부재는 그랜드 패킹을 포함할 수 있다.
상기 복수겹의 실링 부재는 내측 실링 부재, 외측 실링 부재 및 심재 부재를 포함하고, 상기 심재 부재는 상기 외측 실링 부재보다 탄성력이 클 수 있다.
상기 내측 실링 부재 및 상기 외측 실링 부재는 재질이 동일할 수 있다.
상기 심재 부재는 텐션 패드를 포함하고, 상기 외측 실링 부재는 그랜드 패킹을 포함할 수 있다.
상기 심재 부재는 완충 공간이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 적층 가공 장치는, 내부에 공간이 형성되는 챔버부; 상기 챔버부의 바닥면을 형성하는 베드부; 상기 베드부를 상하 방향으로 관통하도록 설치되고, 분말이 적재되는 피스톤부; 상기 챔버부의 상부에 설치되고, 상기 피스톤부를 향하는 방향으로 상기 챔버부의 내부에 레이저 빔을 방출하는 레이저 빔 생성부; 상기 피스톤부와 상기 베드부 사이를 실링하도록 설치되는 실링부;를 포함하고, 상기 실링부는 복수겹의 실링 부재를 구비한다.
상기 복수겹의 실링 부재는 재질이 상이할 수 있다.
상기 복수겹의 실링 부재는 내측 실링 부재 및 외측 실링 부재를 포함하고, 상기 외측 실링 부재는 소성 재질을 포함하고, 상기 내측 실링 부재는 탄성 재질을 포함할 수 있다.
상기 복수겹의 실링 부재는 내측 실링 부재, 외측 실링 부재 및 적어도 하나의 심재 부재를 포함하고, 상기 외측 실링 부재는 소성 재질을 포함하고, 상기 심재 부재는 탄성 재질을 포함할 수 있다.
상기 심재 부재는 완충 가스가 주입될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 복수겹의 실링 부재를 이용하여 베드부와 피스톤부 사이를 밀봉시킬 수 있다. 그리고 복수겹의 실링 부재를 이용하여 베드부와 피스톤부 사이로 분말이 유출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 복수겹의 실링 부재 중 어느 한 겹의 실링 부재가 탄성 재질을 포함할 수 있다. 그리고 탄성 재질의 실링 부재를 이용하여 피스톤부의 열팽창에 의한 부피 증가를 수용함으로써, 실링 부재가 베드부에 꽉 끼인 상태로 고착되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 복수겹의 실링 부재 중 베드부와 접촉하는 최외각의 실링 부재가 소성 재질을 포함할 수 있다. 그리고 소성 재질의 실링 부재를 이용하여 실링 부재와 베드부 사이의 접촉 면적 및 접촉 형상을 안정적으로 유지함으로써, 실링 부재와 베드부 사이의 마찰력을 고르게 하여, 피스톤부를 안정적으로 승강시킬 수 있다.
이에, 피스톤부가 분말층의 두께를 안정적으로 제어할 수 있다. 따라서, 적층 가공 장치가 원활하게 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 피스톤부와 실링부의 분해도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 실링부의 작동도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 변형 예에 따른 실링부의 단면도이다.
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 분말 공급기 및 적층 가공 장치는 3D 프린터에 적용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 적층 가공 장치는 일종의 3D 프린터일 수 있고, 분말 공급기는 3D 프린터에 구비된 분말 공급기일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 분말 공급기 및 이를 구비하는 적층 가공 장치는 분말이 유출되는 것을 방지할 수 있는 기술적 특징을 제시한다.
이하, 3D 프린터를 기준으로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 분말 공급기 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 피스톤부와 실링부의 분해도이다. 도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 실링부의 작동도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 분말 공급기는, 상하 방향으로 개방된 하나 이상의 개구(110)가 형성되는 베드부(100), 개구(110)의 내부에 승강 가능하게 설치되고, 개구(110)의 바닥면을 형성하며, 분말(P)이 적재되는 피스톤부(200), 및 피스톤부(200)와 개구(110)의 내벽(111) 사이를 실링하도록 피스톤부(200)에 설치되는 실링부(300)를 포함한다. 이때, 실링부(300)는 복수겹의 실링 부재(310, 320)를 구비한다.
본 발명의 실시 예에 따른 분말 공급기는 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)은 상면에 오목홈(211)이 형성될 수 있다. 오목홈(211)에 히터 블록(212)이 설치될 수 있다. 헤드 블록(210)은 예컨대 플라스틱수지 재질일 수 있고, 히터 블록(212)은 금속 재질일 수 있다. 히터 블록(212)의 내부에는 열선(미도시)이 설치될 수 있다. 열선은 전원을 공급받아 수십 내지 수백℃의 온도로 가열될 수 있다. 히터 블록(212)의 상면에는 금속 재질의 커버 블록(미도시)이 부착될 수 있다. 커버 블록의 상부에 분말(P)이 적재될 수 있다. 헤드 블록(210)이 열팽창을 하면 수평 방향으로 수 밀리미터 정도 크기가 커질 수 있다. 이의 부피 변화를 여유 간격이 수용할 수 있다.
헤드 블록(210)의 측면에는 실링부 삽입홈(213)이 오목하게 형성될 수 있다. 실링부 삽입홈(213)은 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.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 실링부(300)를 상세하게 설명한다.
실링부(300)는 헤드 블록(210)의 측면에 설치될 수 있다. 구체적으로, 실링부(300)는 실링부 삽입홈(213)에 삽입될 수 있다. 실링부(300)는 헤드 블록(210)의 측면과 개구(110)의 내벽(111) 사이를 윤활 및 밀봉하는 역할을 한다.
실링부(300)는 복수겹의 실링 부재(310, 320)를 구비할 수 있다. 여기서, 복수겹은 수평 방향에 대한 복수겹을 의미한다. 즉, 복수겹의 실링 부재(310, 320)는 수평 방향으로 상호 적층 혹은 중첩되어 복수겹을 형성할 수 있다.
복수겹의 실링 부재(310, 320)는 실링부 삽입홈(213)의 연장 방향으로 헤드 블록(210)의 둘레를 따라 연장될 수 있다. 복수겹의 실링 부재(310, 320)는 일부가 헤드 블록(210)의 외측으로 돌출될 수 있다.
복수겹의 실링 부재(310, 320) 중 적어도 어느 한 겹의 실링 부재는 탄성 재질을 포함할 수 있다. 또한, 복수겹의 실링 부재(310, 320) 중 최외각의 실링 부재는 개구(110)의 내벽(110)에 밀착하여, 헤드 블록(210)과 개구(110)의 내벽(111) 사이를 밀봉할 수 있다.
복수겹의 실링 부재(310, 320)는 탄성력이 상이할 수 있다. 구체적으로, 복수겹의 실링 부재(310, 320)는 동일한 크기로 가해지는 변형에 대한 탄성력이 상이할 수 있다. 즉, 복수겹의 실링 부재(310, 320)는 탄성 계수가 상이할 수 있다. 이를 다른 말로 표현하면, 복수겹의 실링 부재(310, 320)는 탄성이 상이할 수 있다.
이를 위하여, 복수겹의 실링 부재(310, 320)는 재질이 상이할 수 있다. 더욱 상세하게는, 복수겹 예컨대 두 겹의 실링 부재(310, 320)는 내측 실링 부재(310)와 외측 실링 부재(320)를 포함할 수 있다. 여기서, 내측 실링 부재(310)는 탄성 재질을 포함할 수 있고, 외측 실링 부재(320)는 소성 재질을 포함할 수 있다. 한편, 외측 실링 부재(320)를 최외각 실링 부재라고 지칭할 수도 있다.
여기서, 탄성 재질은 외력이 가해질 때 수축하였다가, 외력이 제거되면 팽창하여 원래 상태로 돌아올 수 있는 성질의 재질을 의미한다. 소성 재질은 탄성 재질과 반대의 성질로서, 예컨대 외력이 가해질 때 수축하고, 외력이 제거되면 그 상태를 유지하는 성질의 재질을 의미한다.
구체적으로, 내측 실링 부재(310)는 띠 형상의 텐션 패드를 포함할 수 있다. 텐션 패드는 탄성 재질로서, 실리콘 재질 또는 고무 재질을 포함할 수 있다. 텐션 패드는 패킹의 일종으로 탄력을 가지는 재질의 패킹을 의미한다.
외측 실링 부재(320)는 띠 형상의 그랜드 패킹을 포함할 수 있다. 그랜드 패킹은 이를테면 기계 장치의 구동축 외주를 실링하는 것에 주로 사용되는 소정 부재로서, 예컨대 각종 섬유를 직조하여 사각단면을 가진 띠의 형태로 마련할 수 있다.
내측 실링 부재(310)는 외측 실링 부재(320)보다 탄성력이 클 수 있다. 따라서, 헤드 블록(210)의 열팽창 시, 외측 실링 부재(320)가 소성 변형되기 전에 내측 실링 부재(310)가 먼저 탄성 수축될 수 있다. 이에, 헤드 블록(210)의 열팽창 시, 내측 실링 부재(310)가 수축하여 헤드 블록(210)의 부피 증가를 수용할 수 있다. 이때, 외측 실링 부재(320)는 그 형태를 유지하면서 개구(110)의 내벽(110)과의 접촉 면적 및 접촉 형상을 안정적으로 유지할 수 있다.
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.
도 4의 (a) 및 (b)를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 실링부(300)의 작동을 설명한다.
도 4의 (a)를 보면 분말 공급기가 작동 준비 상태(P1)일 때, 헤드 블록(210)과 개구(110)의 내벽(111) 사이에 수 밀리미터의 여유 간격(e)이 마련된다.
이때, 복수겹의 실링 부재(310, 320)가 헤드 블록(210)의 외측으로 돌출되어 헤드 블록(210)과 개구(110)의 내벽(111) 사이를 밀봉한다.
도 4의 (b)는 분말 공급기의 작동 상태(P2)를 도시한다. 헤드 블록(210)상에는 분말(P)이 공급되고, 헤드 블록(210)은 앞서 설명한 열선에 의해 수백℃의 온도로 가열된다. 이때, 헤드 블록(210)이 열팽창한다.
여기서, 외측 실링 부재(320)가 소성 변형되기 전에, 내측 실링 부재(310)가 먼저 탄성 수축한다. 내측 실링 부재(310)의 수축기 두께(L2)는 초기 두께(L2,0)보다 작다. 외측 실링 부재(320)의 두께(L1)는 초기 두께(L1,0)와 같거나 유사할 수 있다. 복수겹의 실링 부재(310, 320)의 전체 두께(L)는 복수겹의 실링 부재(310, 320)의 초기 두께(L0)보다 작아질 수 있다. 이에, 헤드 부재(210)의 열팽창에 의한 부피 증가를 복수겹의 실링 부재(310, 320)가 수용하여, 복수겹의 실링 부재(310, 320)가 개구(110)의 내벽(111)에 고착되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 적층 가공 장치를 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 적층 가공 장치는 상술한 분말 공급기가 적용되는 적층 가공 장치로서, 내부에 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 설치되고, 피스톤부(200)를 향하는 방향으로 챔버부(600)의 내부에 레이저 빔(L)을 방출하는 레이저 빔 생성부(700), 피스톤부(200)와 베드부(100) 사이를 실링하도록 설치되는 실링부(300)를 포함한다. 여기서, 실링부(300)는 복수겹의 실링 부재(310, 320)를 구비한다.
본 발명의 실시 예에 따른 적층 가공 장치는 테이블(400)을 더 포함할 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.
베드부(100), 피스톤부(200), 실링부(300), 테이블(400), 및 이송부(500)는 앞서 설명한 분말 공급기의 구성과 방식이 동일하게 적용될 수 있다. 이에, 설명의 중복을 피하기 위하여, 상술한 구성부의 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명의 제1변형 예에 따른 실링부의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제2변형 예에 따른 실링부의 단면도이다.
본 발명의 제1변형 예에 따른 분말 공급기 및 적층 가공 장치는 실링부(300)의 구성이 다양할 수 있다.
본 발명의 제1변형 예에 따른 복수겹의 실링 부재는, 내측 실링 부재(312), 외측 실링 부재(311) 및 적어도 하나의 심재 부재(320)를 포함할 수 있다. 즉, 복수겹의 실링 부재(311, 312, 320)는 이를테면 샌드위치 구조로 마련될 수 있다. 여기서, 심재 부재(320)는 한겹 이상일 수 있다.
내측 실링 부재(312) 및 외측 실링 부재(311) 중 적어도 하나는 소성 재질을 포함할 수 있다. 외측 실링 부재(311)는 소성 재질을 포함할 수 있다. 이때, 내측 실링 부재(312)는 외측 실링 부재(311)와 동일한 재질일 수 있다. 심재 부재(320)는 탄성 재질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 심재 부재(320)는 텐션 패드를 포함하고, 외측 실링 부재(311)는 그랜드 패킹을 포함할 수 있다. 즉, 심재 부재(320)는 외측 실링 부재(311)보다 탄성력이 클 수 있다.
이에, 헤드 블록(210)의 열팽창할 때, 내측 실링 부재(312) 및 외측 실링 부재(311)가 소성 변형되기 전에, 심재 부재(320)가 먼저 탄성 수축할 수 있다. 여기서, 내측 실링 부재(312)가 심재 부재(320)의 탄성 수축을 안정적으로 가이드할 수 있다.
본 발명의 제2변형 예에 따른 복수겹의 실링 부재는, 예컨대 심재 부재(320)의 중심부에 완충 공간(330)이 형성될 수 있다. 즉, 심재 부재(320)가 탄성 튜브의 형태로 마련될 수 있다. 그리고 완충 공간(330)에는 완충 가스가 주입될 수 있다. 완충 가스에 의해, 심재 부재(320)의 수축과 복원이 더욱 부드러운 움직임을 보일 수 있다. 또한, 완충 공간(330)에 완충 가스 라인(미도시)을 연결시키고, 가스압력을 조절함으로써, 내측 실링 부재(312) 혹은 외측 실링 부재(311)의 마모에 대응하여 외측 실링 부재(311)를 개구(110)의 내벽(111)에 기밀하게 밀착시켜줄 수 있다. 따라서, 실링부(300)의 수명을 크게 증가시킬 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
300: 실링부 310: 내측 실링 부재
320: 외측 실링 부재 P: 분말

Claims (14)

  1. 상하 방향으로 개방된 하나 이상의 개구가 형성되는 베드부;
    상기 개구의 내부에 승강 가능하게 설치되고, 상기 개구의 바닥면을 형성하며, 분말이 적재되는 피스톤부;
    상기 피스톤부와 상기 개구의 내벽 사이를 실링하도록 상기 피스톤부에 설치되는 실링부;를 포함하고,
    상기 실링부는 복수겹의 실링 부재를 구비하는 분말 공급기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 피스톤부는 상기 개구의 바닥면을 형성하는 헤드 블록을 구비하고,
    상기 헤드 블록의 측면에는 실링부 삽입홈이 오목하게 형성되며,
    상기 복수겹의 실링 부재는,
    상기 실링부 삽입홈에 삽입되고 상기 헤드 블록의 둘레를 따라 연장되며, 상기 헤드 블록의 외측으로 돌출될 수 있는 분말 공급기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수겹의 실링 부재는 탄성력이 상이한 분말 공급기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수겹의 실링 부재는 내측 실링 부재 및 외측 실링 부재를 포함하고,
    상기 내측 실링 부재는 상기 외측 실링 부재보다 탄성력이 큰 분말 공급기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 내측 실링 부재는 텐션 패드를 포함하고,
    상기 외측 실링 부재는 그랜드 패킹을 포함하는 분말 공급기.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수겹의 실링 부재는 내측 실링 부재, 외측 실링 부재 및 심재 부재를 포함하고,
    상기 심재 부재는 상기 외측 실링 부재보다 탄성력이 큰 분말 공급기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 내측 실링 부재 및 상기 외측 실링 부재는 재질이 동일한 분말 공급기.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 심재 부재는 텐션 패드를 포함하고,
    상기 외측 실링 부재는 그랜드 패킹을 포함하는 분말 공급기.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 심재 부재는 완충 공간이 형성되는 분말 공급기.
  10. 내부에 공간이 형성되는 챔버부;
    상기 챔버부의 바닥면을 형성하는 베드부;
    상기 베드부를 상하 방향으로 관통하도록 설치되고, 분말이 적재되는 피스톤부;
    상기 챔버부의 상부에 설치되고, 상기 피스톤부를 향하는 방향으로 상기 챔버부의 내부에 레이저 빔을 방출하는 레이저 빔 생성부;
    상기 피스톤부와 상기 베드부 사이를 실링하도록 설치되는 실링부;를 포함하고,
    상기 실링부는 복수겹의 실링 부재를 구비하는 적층 가공 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수겹의 실링 부재는 재질이 상이한 적층 가공 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수겹의 실링 부재는 내측 실링 부재 및 외측 실링 부재를 포함하고,
    상기 외측 실링 부재는 소성 재질을 포함하고,
    상기 내측 실링 부재는 탄성 재질을 포함하는 적층 가공 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수겹의 실링 부재는 내측 실링 부재, 외측 실링 부재 및 적어도 하나의 심재 부재를 포함하고,
    상기 외측 실링 부재는 소성 재질을 포함하고,
    상기 심재 부재는 탄성 재질을 포함하는 적층 가공 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 심재 부재는 완충 가스가 주입되는 적층 가공 장치.
KR1020180159974A 2018-12-12 2018-12-12 분말 공급기 및 적층 가공 장치 KR20200075130A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180159974A KR20200075130A (ko) 2018-12-12 2018-12-12 분말 공급기 및 적층 가공 장치
CN201811580813.7A CN111299574A (zh) 2018-12-12 2018-12-24 粉末供应器以及层叠加工装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180159974A KR20200075130A (ko) 2018-12-12 2018-12-12 분말 공급기 및 적층 가공 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200075130A true KR20200075130A (ko) 2020-06-26

Family

ID=71136348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180159974A KR20200075130A (ko) 2018-12-12 2018-12-12 분말 공급기 및 적층 가공 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20200075130A (ko)
CN (1) CN111299574A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230111503A (ko) 2022-01-18 2023-07-25 씨에스캠 주식회사 자동 스위칭 가스순환시스템 및 이의 제어 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160065441A (ko) 2014-12-01 2016-06-09 참엔지니어링(주) 3차원 구조물의 적층형성장치
KR20180076951A (ko) 2016-12-28 2018-07-06 현대자동차주식회사 Sls 방식 3d 프린터를 이용한 물성이 균등한 3차원 입체 형상 제품의 제조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160065441A (ko) 2014-12-01 2016-06-09 참엔지니어링(주) 3차원 구조물의 적층형성장치
KR20180076951A (ko) 2016-12-28 2018-07-06 현대자동차주식회사 Sls 방식 3d 프린터를 이용한 물성이 균등한 3차원 입체 형상 제품의 제조 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230111503A (ko) 2022-01-18 2023-07-25 씨에스캠 주식회사 자동 스위칭 가스순환시스템 및 이의 제어 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN111299574A (zh) 2020-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11192187B2 (en) Additive manufacturing device utilizing EB-laser composite scan
US10675655B2 (en) Device and method for powder distribution and additive manufacturing method using the same
WO2015145812A1 (ja) 積層造形装置の材料供給装置、積層造形装置、及び積層造形方法
KR20150115598A (ko) 3차원 조형 장치 및 3차원 형상 조형물의 제조 방법
JP2015193883A (ja) ３次元積層造形装置及び３次元積層造形方法
JP2008037024A (ja) 粉末焼結積層造形装置及び粉末焼結積層造形方法
KR20200075130A (ko) 분말 공급기 및 적층 가공 장치
CN109746442B (zh) 粉末模块
JP2015183288A (ja) ３次元積層造形装置及び３次元積層造形方法
CN111331134A (zh) 用于增材制造机器的粉末分配组件
KR20180052225A (ko) 3d 프린터의 가공챔버 분할 장치
CN106504966A (zh) 一种一体化阵列电子枪及电子束选区熔化快速成形系统
US11884006B2 (en) Apparatus for the additive manufacturing of a three-dimensional object
CN105922580A (zh) 成型缸及具有该成型缸的打印机
KR101962535B1 (ko) 순환형 분말 적층 기반의 3차원 프린팅 장치 및 그 방법
JP6606140B2 (ja) 流体制御装置の製造方法
JP7259494B2 (ja) 積層造形装置
KR102233764B1 (ko) 잔류응력저감을 위해 부가열원을 구비한 3d 프린팅 장치 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법
JP6878364B2 (ja) 追加の粉末床用可動壁
EP3698946A1 (en) Printer device using acoustic levitation
KR20160065441A (ko) 3차원 구조물의 적층형성장치
JP2019043069A (ja) 積層造形装置及び積層造形方法
JP6606141B2 (ja) 流体制御装置の製造方法
KR102445729B1 (ko) 3d 프린터용 가변 프린트 베드
JP2022073694A (ja) リコータ装置および積層造形装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application