KR20200087346A - 3d 프린팅 장치의 이종 재료 접합 구조 또는 결합 구조형 베이스 플레이트 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 3D 프린팅 방법에 있어서, 외부로부터 3D 인쇄명령이 제공되는지를 체크하는 단계; 및 상기 3D 인쇄명령이 제공되면 금속 파우더를 수용하는 파우더 재료 공급 카트리지, 레이저 빔을 생성하여 조사하는 레이저 빔 광원, 가스를 공급하는 가스/압력 제어장치, 제1소재로 제작된 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 하층이 안착된 모션제어베드 및 상기 파우더 재료 공급 카트리지로부터의 금속 파우더와 상기 레이저 빔 광원으로부터의 레이저 빔, 상기 가스/압력 제어장치로부터의 가스를 상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트로 전달하는 5축 구동 시스템을 제어하여 제2소재로 제작된 금속 파우더를 상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 하층에 용융시켜 상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 상층을 형성하는 단계를 포함하는 3D 프린팅 베이스 플레이트 제작방법 및 이를 통해 제작된 3D 프린팅 베이스 플레이트를 제공한다.
Description
본 발명은 3D 프린팅 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3D 프린팅 장치에서 반복되는 연마 작업에 대응할 수 있으면서도 3D 프린팅 모델의 지지 및 방열을 효과적으로 이행할 수 있는 이종 재료 접합 경량 구조 또는 결합 구조 형태의 베이스 플레이트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 3D 프린팅 장치는 상품을 출시하기 전 시제품을 만들기 위해 개발되었다. 3D 프린팅 장치는 실제 상품과 똑같은 시제품을 생산이 가능하며, 비용과 시간을 절약하면서 실제 상품의 문제점을 알아볼 수 있는 장점이 있다.
이러한 3D 프린팅 장치 기술이 발달함에 따라, 더욱 정교한 제품이 생산 가능해지고 있으며 다양한 제품에 응용이 가능해지고 있다. 이러한 3D 프린팅 장치는 다양한 방식으로 제품을 제조한다. 이러한 3D 프린팅 장치의 제품생산 방식으로는 광중합 방식(Photopolymerization), 분말 적층 용융 방식(Powder Bed Fusion, PBF), 소재 분사 방식(Material Jetting), 소재 압출 방식(Material Extrusion, ME) 등 다양한 방법이 사용되고 있다.
가령, 분말 적층 용융 (Powder Bed Fusion, PBF) 공정은, 금속이나 세라믹, 폴리머 등의 다양한 분말재료를 얇은 분말 층으로 도포하고 선택적으로 열에너지를 조사하여 분말이 소결 또는 용융이 되도록 한 후, 그 위에 새로운 층을 다시 쌓아가면서 원하는 제품을 제작하는 방식으로, 제작물의 정밀도가 우수하고 다양한 재료 사용이 가능하다는 장점으로 고가 장비 시장에서 크게 각광받고 있다.
한편, 다른 3D 프린팅 방식으로 DED(Directed Energy Deposition) 타입으로, 미세하게 분쇄된 금속 파우더를 베이스 플레이트(조형되는 공간)에 열에너지와 함께 얇게 분사하여 용융(Melting)시켜 적층하는 방식이며, 전술한 PBF 방식과는 다르게 레이저 용접, 웰딩 등 이종 금속 재료 접합이 가능하여 금속 형태의 수리 및 개조가 가능한 장점이 있다.
이러한 3D 프린팅 제조 공정 중 폴리머의 경우에는 재료 적층 중 자체 하중을 견디지 못하여 무너지는 현상이 발생하고, 메탈의 경우 응력으로 인해 적층 부위가 위로 뜨는 현상(shrink)이 발생하여 방열 및 지지 역할로 서포터 형상을 조형하며 제작되어지는 파트 및 서포터를 고정하는 용도로 베이스 플레이트를 필수적으로 사용하고 있다.
이때, 일반적으로 사용되는 3D 프린팅 베이스 플레이트는 250x250x 20mm(XYZ) 내외의 크기를 가지며, 최근에는 대형 파트 제작을 위해 800φ 이상의 베이스 플레이트가 출시되고 있으며, 제작되는 파트 재료와 동일한 단일 소재로 형성되어 와이퍼 및 파우더 수용부 내부면에 고정되며, 이를 위한 체결 구멍(Locking bolt)이 존재한다.
그러나, 3D 프린팅 베이스 플레이트는 파트 제작 재료와 동일한 단일 소재로 형성됨에 따라 고가 금속 소재의 사용시 비용이 매우 높은 상황이며, 반복되는 연마 작업으로 인하여 재사용에는 한계가 있었다.
게다가, 제품 완료시 후가공 처리를 하기 위해 이동시 매우 높은 무게로 인해 특수 기구를 사용해야 하는 문제점이 있었다.
이에 반복되는 연마 작업에 대응할 수 있으면서도 3D 모델의 지지 및 방열을 효과적으로 이행할 수 있고 보다 저렴하며, 무게를 줄이기 위한 경량 구조를 가지는 3D 프린팅 베이스 플레이트의 제작이 요구되고 있다.
이는 새로운 제작 방식의 개발을 통해 품질 및 제작 속도를 향상 시키기 어려운 산업 상황에 획기적인 기술 개선 방안으로 국내외 모든 메탈 3D 프린터 관련 산업에 적용이 가능하다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 3D 프린팅 장치에서 반복되는 연마 작업에 대응할 수 있으면서도 3D 프린팅 모델의 지지 및 방열을 효과적으로 이행할 수 있는 이종 재료 접합 구조 또는 결합 구조 형태의 베이스 플레이트 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 3D 프린팅 방법에 있어서, 외부로부터 3D 인쇄명령이 제공되는지를 체크하는 단계; 및 상기 3D 인쇄명령이 제공되면 금속 파우더를 수용하는 파우더 재료 공급 카트리지, 레이저 빔을 생성하여 조사하는 레이저 빔 광원, 가스를 공급하는 가스/압력 제어장치, 제1소재로 제작된 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 하층이 안착된 모션제어베드 및 상기 파우더 재료 공급 카트리지로부터의 금속 파우더와 상기 레이저 빔 광원으로부터의 레이저 빔, 상기 가스/압력 제어장치로부터의 가스를 상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트로 전달하는 5축 구동 시스템을 제어하여 제2소재로 제작된 금속 파우더를 상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 하층에 용융시켜 상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 상층을 형성하는 단계를 포함하는 3D 프린팅 베이스 플레이트 제작방법 및 이를 통해 제작된 3D 프린팅 베이스 플레이트를 제공한다.
본 발명은 3D 프린팅 장치에서 반복되는 연마 작업에 대응할 수 있으면서도 3D 모델의 지지 및 방열을 효과적으로 이행할 수 있게 하는 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트를 손쉽게 제작할 수 있게 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 PBF 방식에서 사용하는 베이스 플레이트 상단에 이종재료를 적층 접합시켜 매우 고가로 형성되어 있는 3D 프린팅 동일 재질의 베이스 플레이트에 대한 단가를 감소시킬 수 있음은 물론이고, 열 수축 및 팽창에 의한 변형 특성을 이종재료를 이용하여 제어할 수 있게 하며, 금속 3D 프린팅시 발생되는 열을 방출하는 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 DED(Directed Energy Deposition) 타입의 3D 프린팅 장치에서 약 60~80 미크론(Micron) 정도로 매우 작게 분쇄된 금속 파우더를 베이스 플레이트에 열에너지와 함께 얇게 분사하여 용융(Melting)시켜 적층하여 이종 재료 접합 구조의 베이스 플레이트를 제작함으로써, 베이스 플레이트의 수리나 재사용, 개조도 가능하게 하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PBF 방식의 3D 프린팅 장치의 구조도,
도 2는 도 1의 3D 프린팅 장치에서 이종 재료 결합형 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트를 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 DED 방식의 3D 프린팅 장치의 구조도.
도 4는 도 3의 3D 프린팅 장치에서 이종 재료 접합형 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트를 예시한 도면.
도 5는 도 3 및 도 4의 이종 재료 접합형 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트를 제조하는 방법의 절차도.
도 2는 도 1의 3D 프린팅 장치에서 이종 재료 결합형 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트를 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 DED 방식의 3D 프린팅 장치의 구조도.
도 4는 도 3의 3D 프린팅 장치에서 이종 재료 접합형 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트를 예시한 도면.
도 5는 도 3 및 도 4의 이종 재료 접합형 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트를 제조하는 방법의 절차도.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 이종 재료 결합 구조 또는 접합 구조의 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트를 이용한 3D 프린팅 장치 및 3D 프린팅 방법에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 PBF 방식의 3D 프린팅 장치(100)의 구조를 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 PBF 방식의 3D 프린팅 장치(100)는, 레이저(101)와, 빔 포커싱 광학부(102)와, 갈보미터 및 F-세타 어셈플리(104)와, 몰텐부(108)와, 와이퍼 및 파우더 수용부(110)와, 3D 프린팅 베이스 플레이트(112)와, 3D 프린팅 베이스 플레이트를 지지하는 빌드 플랫폼(build platform)(120)으로 구성된다.
이때, 3D 프린팅 장치(100)는 상기 와이퍼 및 파우더 수용부(110)에 수용된 메탈 파우더(114)에 레이저(101)가 생성한 200W 출력의 레이저 빔을 조사하여 상기 메탈 파우더(114)를 융용하여 3D 모델(116)을 형성한다.
또한, 빔 포커싱 광학부(102)와 갈보미터 및 F-세타 어셈플리(104)는 레이저(100)를 통해 조사된 레이저 빔을 집중시킨 후에 3D 모델(116)에 대응되게 조사각도를 변경하여 메탈 파우더(114)로 조사한다.
또한, 상기 와이퍼 및 파우더 수용부(110)의 하단에는 3D 프린팅 베이스 플레이트(112)가 위치하며, 상기 3D 프린팅 베이스 플레이트(112)는 상기 메탈 파우더(114)가 용융하여 형성되는 3D 모델(116)의 하부면을 지지함과 아울러 상기 메탈 파우더(114)의 용융시 발생하는 열을 방열하는 기능을 수행한다.
도 2는 도 1의 3D 프린팅 장치에서 이종 재료 결합 구조의 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트(112)를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이종 재료 결합 구조의 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트(112)는, 상단(112a)과 하단(112b)이 서로 분리되는 형태이다. 이때, 베이스 플레이트(112)는 상단(112a) 및 하단(112b)이 서로 분리되는 형태이므로, 상호 분리된 상단(112a)과 하단(112b)을 결합하기 위해 베이스 플레이트(112)의 각 에지부에서 4개의 고정너트와 상/하단 고정볼트(113)를 이용하여 고정하는 형태로 결합할 수 있다. 가령, 고정 볼트의 길이는 10mm로 설정하여 3D 프린팅 장치의 베이스 플레이트를 고정시키는 빌트 플랫폼(120)과 간섭을 최소화할 수 있다.
또한, 이종 재료 결합 구조의 3D 프린팅 베이스 플레이트(112)는 이종 소재 결합(Bolting) 형태로 구현되므로, 상단부는 3D 프린팅을 통해 제작하고자 하는 소재와 동일한 금속 소재로 제작한다. 가령, 도 1 및 도 2에서의 PBF 방식의 3D 프린팅 장치는 맞춤형 의료기기 제조에 많이 사용되고 있고, 3D 프린팅 베이스 플레이트(112)의 상단부 소재는 생체 적합성 소재로서, 티타늄 합금, 니켈-티타늄 합금, 코발트 합금, 스테인레스강 등이 사용될 수 있다.
반면에, 하단부는 값이 저렴하고 열방출 효과가 좋은 금속 소재로서 알루미늄 합금 또는 구리합금 소재를 결합형으로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상단부와 하단부 사이의 공차는 이종 금속 소재의 열팽창 계수 차이를 보완하기 위해 0.1mm 범위에서 최적화하여 적용할 수 있다.
또한, 하단부 모서리(Edge) 부분은 결합시 방해를 받지 않기 위해 모따기(Radius) 0.5mm 적용하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상단부는 제작하고자 하는 3D 프린팅 구조물과 동일한 소재를 적용하여 안정적인 3D프린팅 가능하며, 하단부는 값이 저렴한 소재 선택이 가능하며 결합 형태로 이동시 하단부를 분리할 수 있어 무게를 대폭 감소하는 효과가 있다.
또한, 금속 3D 프린팅 베이스플레이트의 두께는 상단부와 하단부가 1:1 비율로 설정하는 것이 바람직하며, 이는 열방출 효과가 가장 좋으며 두께를 높게 적용하여도 고가 소재 추가 비율은 적기 때문에 비용 절감 효과를 구현할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 PBF 방식에서 사용하는 베이스 플레이트(112)는 상단에 이종재료를 적층 접합시켜 매우 고가로 형성되어 있는 3D 프린팅 동일 재질의 베이스 플레이트에 대한 단가를 감소시킬 수 있음은 물론이고, 열 수축 및 팽창에 의한 변형 특성을 이종재료를 이용하여 제어할 수 있게 하며, 금속 3D 프린팅시 발생되는 열을 방출하는 효과를 극대화할 수 있게 한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 DED 방식의 3D 프린팅 장치의 구조를 나타낸 개략도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 3D 프린팅 장치에서의 이종 재료 접합 구조의 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트(212)를 나타낸 사시도 및 측단면도이다.
도 3을 참조하면, DED 방식의 3D 프린팅 장치는, 크게 기구장치(200)와 제어장치(300)로 구성되고, 이종 재료 접합 구조의 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트(212)를 이용하여 3D 프린팅을 구현한다.
상기 기구장치(200)는 DED(Directed Energy Deposition) 방식의 3D 프린팅을 위한 기구로, 외부 하우징(230)과, 파우더 재료 공급 카트리지(202), 5축 구동 시스템(204), 레이저 빔 광원(206), 모재(214), 가스/압력 제어장치(216)로 구성된다.
상기 하우징(230)은 상기 3D 프린트 장치의 외부를 감싸 가스와 파우더 재료가 멜트되어, 3D 프린팅 구조물의 제작을 위한 공간을 형성한다.
상기 파우더 재료 공급 카트리지(202)는 금속 파우더를 수용한 후에 제어장치(300)의 제어에 따라 멜트 풀(210)로 전달한다. 상기 금속 파우더는 약 60~80 미크론(Micron) 정도로 매우 작게 분쇄되어 형성된다.
상기 레이저 빔 광원(206)은 상기 레이저 빔을 생성하여 멜트 풀(210)로 조사하며, 상기 멜트 풀(210)로는 상기 파우더 재료 공급 카트리지(202)와 가스/압력 제어장치(216)로부터의 파우더 재료와 가스(208)가 공급되어 3D 프린팅을 이행한다.
상기 모션제어베드(220)는 상기 제어장치(300)의 제어에 따라 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트(212)의 상면을 이동하면서 3D 프린팅을 이행한다.
상기 제어장치(300)는 제어부(302)와, 메모리부(304)와, 외부기기 인터페이스부(306)로 구성된다. 이때, 상기 메모리부(304)는 상기 제어부(302)의 프로그램 수행에 필요한 정보를 저장한다. 상기 외부기기 인터페이스부(306)는 외부기기와 제어부(302) 사이의 인터페이스를 담당한다.
이때, 제어장치(300)를 통한 금속 3D 프린팅 과정을 살펴보면 다음과 같다.
또한, 상기 제어부(302)는 외부기기를 통한 사용자의 요청에 따라 상기 기구장치(200)의 각부를 제어하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 3D 프린팅을 이행하여, 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트(212)를 제작할 수 있다.
즉, 상기 5축 구동 시스템(204)은 상기 파우더 재료 공급 카트리지(202)로부터의 금속 파우더 전달경로 및 레이저 빔 광원(206)의 레이저 빔 조사위치, 가스/압력 제어장치(216)로부터의 가스 전달경로를 상기 제어장치(300)의 제어에 따라 변경하여 멜트풀(210)의 위치를 가변하여 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트(212)의 상면에 3D 프린팅을 위한 금속소재와 동일한 소재의 금속층을 형성한다.
이에 따라, 상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트(212)는, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 상단(212a) 레이어(layer)과 하단(212b) 레이어로 구성된 이종 소재 접합 형태로 구현될 수 있게 된다.
가령, 상기 하단(212b) 레이어는 원래 알루미늄합금, 구리합금 등과 같이 열전도율이 높은 금속으로 형성된 하나의 기판이었으나, 상기 하단(212b) 레이어의 상부에 본 발명의 3D 프린트 장치에 의해 금속파우더가 융용되어 접합되어 상단(212a) 레이어를 적층하여 형성하게 된다. 이에 따라, 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트(212)는 상층과 하층으로 구성된 이종 소재 접합 형태 구조를 갖게 된다. 즉, 하층은 알루미늄 합금 또는 구리 합금 소재 기판이고, 상층은 도 3의 3D 프린팅 구조물과 동일한 금속재료 기판으로, 하층의 상부에 상층이 3D 프린팅을 통해 적층되고 하층 및 상층은 상호 접합되어 하나의 베이스 플레이트(212)를 형성한다.
여기서, 이종 소재 접합 구조의 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트(212)는, 하층은 전술한 바와 같이 열전도율이 높은 합금 형태를 사용하고, 소정 간격을 두고 복수 개의 하단 홀(hole)(215)을 형성한다. 또한, 그 위에 상층이 형성된다.
이와 같이, 베이스 플레이트(212)의 하단(212b)에 형성된 하단 홀(hole)은 방열에 효과적이고 경량 구조로서 전체 베이스 플레이트(212)의 무게를 감소시킬 수 있다. 게다가, 복수 개의 하단 홀(hole)은 소정 간격을 두고 형성되고 전체적으로 다단구조를 형성할 수 있고, 이때 하단 홀(hole)은 전체 하단면에서 평행 구조의 다단 형태 또는 격자 구조의 다단 형태를 형성하여, 복수개의 구멍(hole) 형성에 따라 전체 베이스 플레이트(212)의 무게를 감소시킬 수 있다.
또한, 이종 소재 접합 구조의 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트(212)는 가장자리에는 기구장치(200)의 모재(214)와의 고정을 위한 체결구멍(Locking Bolt)이 형성되고, 지지에 필요한 최소한의 두께로 20mm 범위가 최적 범위이며, 모서리(edge) 부분은 모따기(radius) 0.5mm를 적용하여 기구장치(200)의 모재(214) 또는 외부 하우징(230)과의 결합시 모서리가 결합의 방해를 주지 않게 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 이종 소재 접합 구조의 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트(212)는 상단부는 제작하고자 하는 3D 프린팅 구조물과 동일한 소재를 적용할 수 있어 안정적인 3D 프린팅이 가능하고, 하단부는 열 전도율을 극대화할 수 있기 때문에 금속 3D 프린팅시의 불안요소인 베이스 플레이트에서의 열 배출 문제를 해결할 수 있다.
이를 통해, 기존에는 베이스 플레이트가 단일 소재이기 때문에 반복되는 3D 프린팅 과정에서 연마작업으로 인해 재사용에 한계가 있으나, 본 발명에서는 이종 소재 접합 구조이므로 베이스 플레이트 연마시에 손실된 부분은 3D 프린팅을 통한 재적층으로 계속해서 사용할 수 있는 장점이 있다.
이어, 도 3 및 도 4에서 설명한 금속 3D 프린트 장치에서 이종 소재 접합 구조의 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트 제작 과정을 도 5의 흐름도를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 제조자는 상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이스(212)의 하단층(212b) 을 미리 제작하거나 재사용을 위해 상단층(212a)을 분리해내어 상기 3D 프린트 장치의 모션 제어베드(220)에 안착시켜 준비하며, 상기 하단층(212b)은 알루미늄합금이나 구리합금과 같은 열전도성이 높은 금속으로 형성된다.
이와 같이 금속 3D 프린팅 베이스 플레이스(212)의 하단층(212b)을 3D 프린트 장치의 모션제어베드(220)에 안착시킨 후에 제조자는 금속 3D 프린팅 베이스 플레이스(212)의 상단층(212a)을 형성할 금속소재 및 금속층의 두께 및 크기를 결정한 후에, 컴퓨터 단말기 등과 같은 외부기기를 통해 3D 인쇄정보를 생성하고 이를 제어장치(300)에 제공한다.
상기 제어장치(300)는 상기 외부기기를 통해 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 제작이 요청되면(400단계), 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 상단층을 형성할 금속 파우더를 분사하도록 파우더 재료 공급 카트리지(202)를 제어함과 아울러 상기 금속 파우더의 융용을 위한 가스를 공급하도록 가스/압력 제어장치(216)를 제어한다(402,404단계). 이로서 멜트 풀(210)에는 금속 파우더와 이를 융용시키기 위한 레이저 빔과 가스가 공급되어 금속 3D 프린팅 베이스 플레이스(212)의 상면에는 이종 재료(소재)의 금속층이 형성된다(406단계).
상기한 금속 파우더의 분사, 레이저 빔의 조사, 가스 공급을 통한 금속 파우더의 융용 접착을 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 상면 전체에 대해 반복 수행하여 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 상단층(212a)에 이종 금속층을 형성한다.
즉, 하단층은 알루미늄 합금 또는 구리 합금 소재 기판이고, 상단층은 3D 프린팅 구조물과 동일한 금속재료 기판으로, 하층의 상부에 상층이 3D 프린팅을 통해 적층되고 하단층 및 상단층은 상호 접합되어 하나의 베이스 플레이트(212)를 형성한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 이종 소재 접합 구조의 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트(212)는 상단부는 제작하고자 하는 3D 프린팅 구조물과 동일한 소재를 적용할 수 있어 안정적인 3D 프린팅이 가능하고, 하단부는 열 전도율을 극대화할 수 있기 때문에 금속 3D 프린팅시의 불안요소인 베이스 플레이트에서의 열 배출 문제를 해결할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 DED(Directed Energy Deposition) 타입의 3D 프린트 장치를 통해, 약 60~80 미크론(Micron) 정도로 매우 작게 분쇄된 금속 파우더를 베이스 플레이트에 열에너지와 함께 얇게 분사하여 용융(Melting)시켜 적층하여 베이스 플레이트를 제작함으로써, 베이스 플레이트의 수리나 재사용, 개조도 가능하게 하는 장점이 있다.
200 : 기구장치
202 : 파우더 재료 공급 카트리지
204 : 5축 구동 시스템
206 : 레이저 빔 광원
208 : 파우더 재료와 가스
210 : 멜트 풀
212 : 3D 프린팅 베이스 플레이트
216 : 가스/압력 제어장치
220 : 모션제어베드
300 : 제어장치
302 : 제어부
304 : 메모리부
306 : 외부기기 인터페이스부
202 : 파우더 재료 공급 카트리지
204 : 5축 구동 시스템
206 : 레이저 빔 광원
208 : 파우더 재료와 가스
210 : 멜트 풀
212 : 3D 프린팅 베이스 플레이트
216 : 가스/압력 제어장치
220 : 모션제어베드
300 : 제어장치
302 : 제어부
304 : 메모리부
306 : 외부기기 인터페이스부
Claims (10)
- 3D 프린팅 장치에 있어서,
레이저와,
메탈 파우더를 수용하는 와이퍼 및 파우더 수용부와,
상기 레이저를 통해 조사된 레이저 빔을 집중시킨 후에 3D 모델에 대응되게 조사각도를 변경하여 상기 메탈 파우더로 조사하는 빔 포커싱 광학부와 갈보미터 및 F-세타 어셈플리와,
상기 와이퍼 및 파우더 수용부의 하단에는 형성되어 상기 메탈 파우더가 용융하여 형성되는 상기 3D 모델의 하부면을 지지함과 아울러 상기 메탈 파우더의 용융시 발생하는 열을 방열하는 기능을 수행하는 3D 프린팅 베이스 플레이트를 포함하고,
상기 3D 프린팅 베이스 플레이트는, 상단과 하단이 서로 분리되는 형태인 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린팅 장치. - 제1항에 있어서,
상기 상단은 3D 프린팅을 통해 제작하고자 하는 소재와 동일한 소재로 제작하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치. - 제2항에 있어서,
상기 소재는 티타늄 합금, 니켈-티타늄 합금, 코발트 합금, 스테인레스강 중의 어느 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치. - 제1항에 있어서,
상기 하단부는 알루미늄 합금 또는 구리합금 소재를 결합형으로 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린팅 장치. - 3D 프린팅 장치에 있어서,
금속 파우더를 수용하는 파우더 재료 공급 카트리지;
레이저 빔을 생성하여 조사하는 레이저 빔 광원;
가스를 공급하는 가스/압력 제어장치;
제1소재로 제작된 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트;
상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 하층이 안착된 모션제어베드;
상기 파우더 재료 공급 카트리지로부터의 금속 파우더와 상기 레이저 빔 광원으로부터의 레이저 빔, 상기 가스/압력 제어장치로부터의 가스를 상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트로 전달하는 5축 구동 시스템; 및
외부로부터의 3D 인쇄명령에 따라 상기 파우더 재료 공급 카트리지, 레이저 빔 광원, 가스/압력 제어장치, 모션제어베드 및 5축 구동 시스템을 제어하여 제2소재로 제작된 금속 파우더를 상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 하층의 상부에 용융시켜 상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 상층을 형성하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제1소재는 알루미늄합금 또는 구리합금인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치. - 제5항에 있어서,
상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트는,
알루미늄합금 또는 구리합금으로 형성된 평판 형태의 하층; 및
상기 금속 파우더가 상기 하층에 융용되어 형성된 상층;으로 구성되는 이종 소재 접합 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.상기 평판 형태의 가장자리에는 결착홈이 형성됨을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치. - 제7항에 있어서,
상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트는 평판 형태의 가장자리에는 결착홈이 형성되고, 모서리 부분은 소정 직경의 모따기를 형성한 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치. - 3D 프린팅 방법에 있어서,
외부로부터 3D 인쇄명령이 제공되는지를 체크하는 단계; 및
상기 3D 인쇄명령이 제공되면 금속 파우더를 수용하는 파우더 재료 공급 카트리지, 레이저 빔을 생성하여 조사하는 레이저 빔 광원, 가스를 공급하는 가스/압력 제어장치, 제1소재로 제작된 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 하층이 안착된 모션제어베드 및 상기 파우더 재료 공급 카트리지로부터의 금속 파우더와 상기 레이저 빔 광원으로부터의 레이저 빔, 상기 가스/압력 제어장치로부터의 가스를 상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트로 전달하는 5축 구동 시스템을 제어하여 제2소재로 제작된 금속 파우더를 상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 하층에 용융시켜 상기 금속 3D 프린팅 베이스 플레이트의 상층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 베이스 플레이트 제작방법. - 제9항에 있어서,
상기 제1소재는 알루미늄 또는 구리합금임을 특징으로 하는 3D 프린팅 베이스 플레이트 제작방법.
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| GRNT | Written decision to grant |