KR20210089042A - Apparatus and method for controlling the nozzle unit of a 3D printer - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus and method for controlling a nozzle unit of a 3D printer, which measures characteristics of a laser beam irradiated from the nozzle unit to a focus point, and based on the same, easily controls the output intensity of a laser beam and the height of the nozzle unit. The apparatus for controlling the nozzle unit of the 3D printer includes: the nozzle unit; a sensor unit; and an integrated control unit, and the method for controlling the nozzle unit of the 3D printer performs an irradiation step, a preparation step, and a control step.

Description

3D 프린터의 노즐유닛 제어장치 및 그 방법{Apparatus and method for controlling the nozzle unit of a 3D printer}Apparatus and method for controlling the nozzle unit of a 3D printer

본 발명은 3D 프린터의 노즐유닛 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐 유닛에서 포커스 지점으로 조사되는 레이저 광선의 특성들을 측정하고, 이를 기반으로 레이저 광선의 출력 세기와 상기 노즐 유닛의 높낮이를 용이하게 제어할 수 있도록 한 3D 프린터의 노즐유닛 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling a nozzle unit of a 3D printer, and more particularly, measures the characteristics of a laser beam irradiated from a nozzle unit to a focus point, and based on this, the output intensity of the laser beam and the nozzle unit It relates to an apparatus for controlling a nozzle unit of a 3D printer and a method therefor so that the height can be easily controlled.

일반적으로 3D 프린터는 금속 분말과 레이저를 이용하여 제품을 제작시 사용되는 것으로, DED(Direct Energy Deposition) 방식과 PBF(Powder Bed Fusion) 방식 및 ME(Material Extrusion) 방식 등 3가지 종류로 나뉜다. In general, 3D printers are used when manufacturing products using metal powder and laser, and are divided into three types: DED (Direct Energy Deposition) method, PBF (Powder Bed Fusion) method, and ME (Material Extrusion) method.

DED(Direct Energy Deposition) 방식은 고출력 레이저를 집광해 모재에 용융풀을 형성하고 금속 분말이나 와이어를 공급해 적층하는 방식을 말한다. The DED (Direct Energy Deposition) method refers to a method of condensing a high-power laser to form a molten pool on the base material and supplying metal powder or wire for lamination.

PBF(Powder Bed Fusion) 방식은 금속 분말을 얇게 깔고 레이저 프린터와 동일한 원리로 고출력 레이저를 분말에 조사해 용융시키는 방식으로 형상을 만들어 낸다. DED 방식에 비해 강도는 떨어지지만 복잡한 형상제작에 유리하다. In the PBF (Powder Bed Fusion) method, metal powder is laid thinly and a high-power laser is irradiated to the powder and melted using the same principle as a laser printer to create a shape. Although it has lower strength compared to the DED method, it is advantageous for making complex shapes.

ME(Material Extrusion) 방식은 금속 보다는 플라스틱 계열에 적용되는 방식으로 주로 액체 상태의 플라스틱을 밀어내어 적층하는 방식이다. 금속에 ME 방식을 적용하기 위해서는 고온에서 금속을 녹여야 하는 조건을 가진다. The ME (Material Extrusion) method is applied to plastics rather than metals, and is mainly a method of extruding and laminating liquid plastics. In order to apply the ME method to metal, it is necessary to melt the metal at a high temperature.

이러한 3D 프린터에 있어, 금속 3D 프린터는 금속 분말을 이용하여 제품을 제작하는 것으로, 레이저 빔은 광케이블을 거친 후 노즐유닛의 레이저 헤드를 통하여 조사되면서 가공이 이루어진다. In such a 3D printer, a metal 3D printer manufactures a product using metal powder, and the laser beam passes through an optical cable and then is irradiated through the laser head of the nozzle unit while processing is performed.

즉, 레이저 빔은 노즐유닛의 내부에 구비된 광학계를 거친 후 조사되는 데, 이때 레이저 헤드는 노즐유닛에 고정된 상태이므로 조사되는 레이저 빔이 도달하는 포커스 지점 또한 항시 동일한 위치로 지정된다. That is, the laser beam is irradiated after passing through the optical system provided in the nozzle unit. At this time, since the laser head is fixed to the nozzle unit, the focus point to which the irradiated laser beam reaches is also always designated as the same position.

이로 인해, 가공대상물과 접하는 레이저 빔의 사이즈 또한 항시 동일한 사이즈로 조사되는 데, 이때 가공대상물의 가공위치나 가공조건에 따라 레이저 빔 사이즈 조절이 요구된다. For this reason, the size of the laser beam in contact with the object to be processed is also always irradiated with the same size. At this time, the laser beam size adjustment is required according to the processing position or processing conditions of the object to be processed.

이에 따라, 종래에는 레이저 빔의 사이즈를 조절하기 위하여 노즐유닛 내의 광학계를 조절 또는 교체하고, 부수적으로 다른 부품을 새로 세팅(setting) 하는 번거로운 작업이 병행됨은 물론, 노즐유닛의 정밀한 높낮이 조절이 불가능하여 원하는 빔 사이즈로의 조정이 용이하지 않아 정밀도가 낮은 문제점이 있다.Accordingly, in the prior art, in order to adjust the size of the laser beam, the cumbersome work of adjusting or replacing the optical system in the nozzle unit and setting other parts newly is concurrently performed, as well as the precise height adjustment of the nozzle unit is impossible. Since it is not easy to adjust to a desired beam size, there is a problem of low precision.

대한민국 등록특허공보 제10-1657700호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1657700 대한민국 등록특허공보 제10-1676738호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1676738

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 노즐 유닛에서 포커스 지점으로 조사되는 레이저 광선의 특성들을 측정하고, 이를 기반으로 레이저 광선의 출력 세기와 상기 노즐 유닛의 높낮이를 용이하게 제어하여 정밀도 향상을 도모하도록 한 3D 프린터의 노즐유닛 제어장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the above problems, measure the characteristics of a laser beam irradiated from a nozzle unit to a focus point, and easily control the output intensity of the laser beam and the height of the nozzle unit based on this. To provide a nozzle unit control apparatus and method of a 3D printer to improve precision.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3D 프린터의 노즐유닛 제어장치는 3D 프린터에 설치된 높낮이 조절부에 높낮이 조절 가능하게 구비되되, 일면에 광케이블이 결합되고, 내부에 광학계가 구비된 노즐 본체와, 상기 광케이블을 통하여 상기 광학계를 거친 후 이송되는 레이저 광선을 가공부재의 포커스 지점으로 조사하는 레이저 헤드를 포함하는 노즐 유닛; 상기 노즐 유닛에 설치되고, 상기 노즐 유닛의 높낮이 및 상기 레이저 광선의 출력 세기에 따라 상기 레이저 광선의 특성들을 측정하여 센싱값을 작성하는 센서부; 및 상기 센서부로부터 상기 센싱값을 전달받고, 전달받은 상기 센싱값과 미리 저장된 제1 설정값 및 제2 설정값을 이용하여 상기 노즐 유닛의 높낮이 및 상기 레이저 광선의 출력 세기를 제어하는 통합 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the nozzle unit control device of the 3D printer according to the present invention is provided so as to be able to adjust the height of the height adjustment unit installed in the 3D printer, the optical cable is coupled to one surface, and an optical system is provided therein. a nozzle unit including a nozzle body and a laser head for irradiating a laser beam transferred after passing through the optical system through the optical cable to a focus point of a processing member; a sensor unit installed in the nozzle unit and measuring characteristics of the laser beam according to a height of the nozzle unit and an output intensity of the laser beam to create a sensed value; and an integrated control unit receiving the sensing value from the sensor unit and controlling the height of the nozzle unit and the output intensity of the laser beam by using the received sensing value and pre-stored first and second setting values; It is characterized in that it includes.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3D 프린터의 노즐유닛 제어방법은 상기 3D 프린터의 노즐유닛 제어장치를 이용하여 레이저 광선의 출력 세기와 노즐 유닛의 높낮이를 용이하게 제어하기 위한 3D 프린터의 노즐유닛 제어방법으로, 가공부재의 포커스 지점으로 상기 노즐 유닛이 레이저 광선을 조사하는 조사단계; 센서부가 상기 노즐 유닛의 높낮이 및 상기 레이저 광선의 출력 세기에 따라 상기 레이저 광선의 특성들을 측정하여 센싱값을 작성하는 작성단계; 및 통합 제어부가 상기 작성단계에서 작성된 센싱값과 미리 저장된 제1 설정값 및 제2 설정값을 이용하여, 상기 노즐 유닛의 높낮이 및 상기 레이저 광선의 출력 세기를 제어하는 제어단계; 를 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the nozzle unit control method of the 3D printer according to the present invention is to easily control the output intensity of the laser beam and the height of the nozzle unit using the nozzle unit control device of the 3D printer. A method for controlling a nozzle unit of a 3D printer for a 3D printer, comprising: an irradiation step of irradiating a laser beam by the nozzle unit to a focus point of a processing member; a writing step in which a sensor unit measures characteristics of the laser beam according to the height of the nozzle unit and the output intensity of the laser beam to create a sensed value; and a control step in which an integrated control unit controls the height of the nozzle unit and the output intensity of the laser beam by using the sensing value created in the preparation step and the first and second preset values stored in advance. characterized by performing

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 프린터의 노즐유닛 제어장치 및 그 방법에 의하면, 노즐 유닛에서 조사되는 레이저 광선의 특성들을 측정하고, 이를 기반으로 포커스 지점에 조사되는 레이저 광선의 출력과 노즐 유닛의 높낮이를 용이하게 제어할 수 있으므로, 작업자의 번거로운 작업이 필요치 않게됨은 물론, 정밀한 가공을 할 수 있다.As described above, according to the apparatus and method for controlling the nozzle unit of a 3D printer according to the present invention, the characteristics of the laser beam irradiated from the nozzle unit are measured, and based on this, the output of the laser beam irradiated to the focus point and the nozzle unit Since the height of the can be easily controlled, the cumbersome work of the operator is not required, and precise processing can be performed.

도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터의 노즐유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 3D 프린터의 노즐유닛 제어장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 3D 프린터의 노즐유닛 제어방법을 보인 흐름도이다.1 is a view for explaining a nozzle unit of a 3D printer according to the present invention.
2 is a block diagram of a nozzle unit control apparatus of a 3D printer according to the present invention.
3 is a flowchart illustrating a nozzle unit control method of a 3D printer according to the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described so that those of ordinary skill in the art can easily implement them with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. In the accompanying drawings, it should be noted that the same reference numbers are used as much as possible when indicating the same configuration in other drawings. In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or a known configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, certain features presented in the drawings are enlarged, reduced, or simplified for ease of description, and the drawings and components thereof are not necessarily drawn to scale.

그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다. However, those skilled in the art will readily appreciate these details.

한편, 본 발명에서의 3D 프린터는 CNC(Computer numerical control)를 갖춘 금속 3D 프린터를 예로 들어 설명하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 3D 프린터를 CNC 자체로 사용하는 실시 예도 가능하다.On the other hand, the 3D printer in the present invention will be described as an example of a metal 3D printer equipped with a CNC (Computer numerical control), the present invention is not limited thereto. For example, an embodiment in which a 3D printer is used as the CNC itself is also possible.

도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터의 노즐유닛을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 3D 프린터의 노즐유닛 제어장치의 블록 구성도이다.1 is a view for explaining the nozzle unit of the 3D printer according to the present invention, Figure 2 is a block diagram of the nozzle unit control apparatus of the 3D printer according to the present invention.

종래에는 레이저 빔의 사이즈를 조절하기 위하여 노즐유닛 내의 광학계를 조절 또는 교체하고, 부수적으로 다른 부품을 새로 세팅(setting)하였다.Conventionally, in order to adjust the size of the laser beam, the optical system in the nozzle unit is adjusted or replaced, and additionally other parts are newly set.

이와 같은 경우, 번거로운 작업이 병행됨은 물론, 노즐유닛의 정밀한 높낮이 조절이 불가능하여 원하는 빔 사이즈로의 조정이 용이하지 않아 정밀도가 낮은 문제점이 있었다.In this case, cumbersome work is performed in parallel, and it is impossible to precisely adjust the height of the nozzle unit, so it is not easy to adjust the beam size to a desired size, so there is a problem of low precision.

이러한 문제점을 해결하고자, 본 발명은 노즐 유닛에서 포커스 지점으로 조사되는 레이저 광선의 특성들을 측정하고, 이를 기반으로 레이저 광선의 출력 세기와 상기 노즐 유닛의 높낮이를 용이하게 제어하여 정밀도 향상을 도모하였다. In order to solve this problem, the present invention measures the characteristics of the laser beam irradiated from the nozzle unit to the focus point, and based on this, the output intensity of the laser beam and the height of the nozzle unit are easily controlled to improve the precision.

이를 위해, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 프린터의 노즐유닛 제어장치는 노즐 유닛(100), 센서부(200) 및 통합제어부(300)를 포함하여 구성된다.To this end, as shown in FIGS. 1 and 2 , the nozzle unit control apparatus of the 3D printer according to the present invention includes a nozzle unit 100 , a sensor unit 200 , and an integrated control unit 300 .

노즐 유닛(100)은 도시되지 않은 3D 프린터에 높낮이 조절 가능하게 구비되되, 일면에 광 케이블(미도시)이 결합되고, 내부에 광학계(미도시)가 구비된 노즐 본체(120)와, 상기 광케이블(미도시)을 통하여 상기 광학계(미도시)를 거친 후 이송되는 레이저 광선(B)을 가공부재의 포커스 지점으로 조사하는 레이저 헤드(110)로 구성된다. The nozzle unit 100 is provided in a 3D printer (not shown) to be adjustable in height, the nozzle body 120 having an optical cable (not shown) coupled to one surface and an optical system (not shown) therein, and the optical cable It is composed of a laser head 110 that irradiates a laser beam (B) transferred after passing through the optical system (not shown) through (not shown) to the focus point of the processing member.

구체적으로, 노즐 유닛(100)은 3D 프린터에 구비된 높낮이 조절부(130)에 높낮이 조절 가능하게 설치되어, 높낮이 조절부(130)에 의해 높낮이가 변경될 수 있다. 여기서, 높낮이 조절부(130)는 예컨대 3D 프린터(미도시)에 구비되어 노즐 유닛(100)을 승하강 시키기 위한 실린더로 이루어질 수 있으나, 이는 일례일 뿐 기어드 모터와 같은 기술적 구성을 적용하여 노즐 유닛(100)을 승하강 시킬 수도 있다.Specifically, the nozzle unit 100 is installed to be adjustable in height on the height adjustment unit 130 provided in the 3D printer, so that the height can be changed by the height adjustment unit 130 . Here, the height adjustment unit 130 is provided in, for example, a 3D printer (not shown) and may be a cylinder for raising and lowering the nozzle unit 100, but this is only an example and a nozzle unit by applying a technical configuration such as a geared motor (100) can also be raised and lowered.

이때, 노즐 유닛(100)은 높낮이 조절부(130)에 의해 높낮이가 변경되는 것이 아니라, CNC(Computer numerical control) 자체의 Z축 이동에 의해 높낮이가 변경되는 실시 예도 가능하다. 즉, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 높낮이 조절부(130)를 설명한 것일 뿐, 이러한 기술적 구성 없이 CNC 자체의 Z축 이동을 이용하여 노즐 유닛(100)의 높낮이를 조절할 수도 있는 것이다.At this time, an embodiment in which the nozzle unit 100 is not changed in height by the height adjusting unit 130 but in which the height is changed by the Z-axis movement of a computer numerical control (CNC) itself is also possible. That is, in the present invention, the height adjustment unit 130 is only described for convenience of explanation, and the height of the nozzle unit 100 may be adjusted by using the Z-axis movement of the CNC itself without such a technical configuration.

한편, 노즐 유닛(100)을 구성하는 노즐 본체(120) 및 레이저 헤드(110)는 해당 분야의 기술자에게 자명한 사항이며, 본 발명에서 설명하고자 하는 대상은 아니므로 간략하게 설명한 것이다.On the other hand, the nozzle body 120 and the laser head 110 constituting the nozzle unit 100 are self-evident to those skilled in the art, and are not intended to be described in the present invention, and thus will be briefly described.

센서부(200)는 노즐 유닛(100)에 설치되고, 노즐 유닛(100)의 높낮이 및 레이저 광선(B)의 출력 세기에 따라 레이저 광선(B)의 특성들을 측정하여 센싱값을 작성한다. 여기서, 레이저 광선(B)의 특성들이라 함은, 레이저 광선(B)의 출력 세기, 음향(주파수) 및 파장대로 정의될 수 있다. 이를 위해, 센서부(200)는 광센서(210), 어쿠스틱센서(220) 및 스펙트럼센서(230)로 이루어질 수 있다.The sensor unit 200 is installed in the nozzle unit 100 , and measures characteristics of the laser beam B according to the height of the nozzle unit 100 and the output intensity of the laser beam B to create a sensed value. Here, the characteristics of the laser beam B may be defined as an output intensity, sound (frequency) and wavelength range of the laser beam B. To this end, the sensor unit 200 may include an optical sensor 210 , an acoustic sensor 220 , and a spectrum sensor 230 .

구체적으로, 센서부(200)는 레이저 광선(B)의 방출 유무를 측정하기 위한 광센서(210), 포커스 지점으로 조사되는 레이저 광선(B)이 가공부재의 일면을 절삭함에 따라 발생하는 음향을 측정하기 위한 어쿠스틱센서(220) 및 레이저 광선(B)의 파장을 측정하기 위한 스펙트럼센서(230) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.Specifically, the sensor unit 200 includes an optical sensor 210 for measuring whether or not the laser beam B is emitted, and a sound generated as the laser beam B irradiated to the focus point cuts one surface of the processing member. It may be made of at least one of the acoustic sensor 220 for measuring and the spectrum sensor 230 for measuring the wavelength of the laser beam (B).

즉, 센서부(200)는 상기와 같은 구성으로 구성됨에 따라, 레이저 헤드(120)에서 가공부재의 포커스 지점으로 조사되는 레이저 광선(B)의 방출 유무를 측정하고, 레이저 광선(B)이 포커스 지점으로 조사됨에 따라 적층 및 절삭과정에서 발생하는 레이저 광선(B)의 음향 즉, 주파수(Hz)를 측정하며, 조사되는 레이저 광선(B)의 특정 파장대를 측정하여 센싱값을 작성한 후, 통합 제어부(300)로 전달하는 것이다.That is, as the sensor unit 200 is configured as described above, it measures whether or not the laser beam B emitted from the laser head 120 to the focus point of the processing member is emitted, and the laser beam B is focused. The sound, that is, the frequency (Hz) of the laser beam (B) generated in the lamination and cutting process as it is irradiated to the point is measured, and the sensed value is created by measuring the specific wavelength band of the irradiated laser beam (B), and then the integrated control unit (300) to pass

한편, 센서부(200)의 설치위치는 노즐 유닛(100)에 설치되는 것이 아니라, 레이저 광선(B)의 방출 유무, 음향, 파장과 같은 특성들을 원활하게 측정할 수 있는 위치이면 어느 곳에든 설치될 수 있음은 물론이다.On the other hand, the installation position of the sensor unit 200 is not installed in the nozzle unit 100, but is installed in any position where characteristics such as emission, sound, and wavelength of the laser beam B can be smoothly measured. Of course it could be.

또한, 센서부(200)는 상기와 같은 광센서, 어쿠스틱센서 및 스펙트럼센서로 구성된다고 기재하였으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 즉, 포커스 지점으로 조사되는 레이저 광선(B)의 방출 유무를 검출할 수 있고, 그 레이저 광선(B)이 가공부재를 절삭함에 따라 발생하는 음향을 측정할 수 있으며, 레이저 광선(B)의 파장대를 측정할 수 있는 수단이면 공지의 다양한 센서들을 적용하는 실시 예도 가능하다.In addition, although it has been described that the sensor unit 200 is composed of the optical sensor, the acoustic sensor and the spectrum sensor as described above, the present invention is not limited thereto. That is, the presence or absence of emission of the laser beam B irradiated to the focus point can be detected, and the sound generated as the laser beam B cuts the processing member can be measured, and the wavelength band of the laser beam B As long as it is a means capable of measuring , an embodiment in which various known sensors are applied is also possible.

통합 제어부(300)는 센서부(200)로부터 상기 센싱값을 전달받고, 전달받은 센싱값과 미리 저장된 제1 설정값 및 제2 설정값을 이용하여, 노즐 유닛(100)의 높낮이 및 레이저 광선(B)의 출력 세기를 제어하는 역할을 한다. The integrated control unit 300 receives the sensing value from the sensor unit 200, and uses the received sensing value and pre-stored first and second setting values to determine the height of the nozzle unit 100 and the laser beam ( It plays a role in controlling the output strength of B).

구체적으로, 통합 제어부(300)는 상기 센싱값과 제1 설정값 및 제2 설정값을 비교 및 분석하여, 센싱값이 제1 설정값 및 제2 설정값의 범위 내라고 판단하면, 레이저 광선(B)의 출력 세기 및 노즐 유닛(100)의 높낮이가 유지되도록 높낮이 조절부(130) 및 도시되지 않은 광학계를 제어하고, 제1 설정값 및 제2 설정값의 범위를 벗어났다고 판단하면 레이저 광선(B)의 출력 세기 및 노즐 유닛(100)의 높낮이가 증감되도록 높낮이 조절부(130) 및 상기 광학계를 제어하는 역할을 하는 것이다. Specifically, the integrated control unit 300 compares and analyzes the sensed value, the first set value, and the second set value, and when it is determined that the sensed value is within the range of the first set value and the second set value, the laser beam B ) controls the height adjustment unit 130 and an optical system not shown so that the output intensity and the height of the nozzle unit 100 are maintained, and when it is determined that the range of the first set value and the second set value is out of the range of the laser beam (B) It serves to control the height adjustment unit 130 and the optical system so that the output intensity of the nozzle unit 100 is increased or decreased.

이때, 통합 제어부(300)가 높낮이 조절부(130)를 제어하여 노즐 유닛(100)의 높낮이를 조절한다고 설명하고 있으나, CNC 자체의 Z축 이동을 제어하여 노즐 유닛(100)의 높낮이를 조절할 수도 있다. 또, 광학계를 조절하는 기술적 구성은 예컨대, 광학계의 폭을 조절하여 레이저 광선의 폭을 조절하는 등 해당분야의 기술자가 쉽게 구현할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. At this time, although it is described that the integrated control unit 300 controls the height adjustment unit 130 to adjust the height of the nozzle unit 100, the height of the nozzle unit 100 may be adjusted by controlling the Z-axis movement of the CNC itself. have. In addition, the technical configuration for controlling the optical system, for example, by adjusting the width of the optical system to adjust the width of the laser beam, etc. can be easily implemented by a person skilled in the art, detailed description will be omitted.

한편, 제1 설정값 및 제2 설정값은 센서부(200)로부터 전달받은 센싱값과 비교하여 최적의 포커스 지점을 산출하기 위한 기준값 또는 비교값으로서, 제1 설정값은 하한값으로, 상한값인 제2 설정값보다 작은 것으로 정의될 수 있다. On the other hand, the first set value and the second set value are reference values or comparison values for calculating the optimal focus point by comparing with the sensed value transmitted from the sensor unit 200 , and the first set value is the lower limit value and the upper limit value. 2 It can be defined as less than the set value.

다시 말해서, 본 발명의 통합 제어부(300)는 센서부(200)로부터 상기 센싱값을 전달받아 미리 저장된 제1 설정값 및 제2 설정값과 비교하여, 최적의 포커스 지점을 산출하고, 산출된 포커스 지점에 따라 노즐 유닛(100)의 높낮이 및 레이저 광선(B)의 출력 세기를 제어할 수 있다. 이에 따라, 최적의 레이저 출력과 높이를 유지하면서 가공을 할 수 있기에, 정밀한 가공을 이룰 수 있다.In other words, the integrated control unit 300 of the present invention receives the sensed value from the sensor unit 200 and compares it with the pre-stored first and second set values to calculate an optimal focus point and calculate the calculated focus. It is possible to control the height of the nozzle unit 100 and the output intensity of the laser beam B according to the point. Accordingly, since the processing can be performed while maintaining the optimum laser output and height, precise processing can be achieved.

이와 같은 통합 제어부(300)는 저장부(310) 및 산출부(320)를 포함하여 구성된다.The integrated control unit 300 is configured to include a storage unit 310 and a calculation unit 320 .

저장부(310)는 상기 제1 설정값과 제2 설정값이 미리 저장되고, 센서부(200)로부터 센싱값을 전달받아 저장한다. 이러한 저장부(310)는 통상적인 데이터베이스로 이루어질 수 있다. 뿐만 아니라, 저장부(310)는 노즐 유닛(100)의 상태정보나, 상기 센싱값과 제1 설정값 및 제2 설정값을 통하여 최적의 포커스 지점을 산출하기 위한 알고리즘이 저장될 수 있다.The storage unit 310 stores the first set value and the second set value in advance, and receives and stores the sensed value from the sensor unit 200 . The storage unit 310 may be formed of a typical database. In addition, the storage unit 310 may store state information of the nozzle unit 100 or an algorithm for calculating an optimal focus point based on the sensing value, the first set value, and the second set value.

산출부(320)는 저장부(310)에 저장되어 있는 상기 센싱값과 미리 저장되어 있는 제1 설정값 및 제2 설정값을 2개 또는 3개 이상 비교 및 조합한 후 상기 알고리즘을 통해 노즐 유닛(100)의 높낮이 및 레이저 광선(B)의 출력 세기를 유지시키거나 증감하기 위한 최적의 포커스 지점을 산출하는 역할을 한다. 즉, 주파수의 변화 또는 소리의 파장 변화로 레이저 광선(B)의 위치를 감지하여 최적의 포커스 지점을 산출하고, 산출된 포커싱 위치에 따라 노즐 유닛(100)의 높낮이 및 레이저 광선(B)의 출력을 제어하는 것이다.The calculator 320 compares and combines two or three or more of the sensed value stored in the storage 310 and the first and second preset values stored in advance, and then, through the algorithm, the nozzle unit It serves to calculate the optimal focus point for maintaining or increasing the height of (100) and the output intensity of the laser beam (B). That is, an optimal focus point is calculated by detecting the position of the laser beam B by a change in frequency or a change in the wavelength of sound, and the height of the nozzle unit 100 and the output of the laser beam B according to the calculated focusing position is to control

따라서, 본 발명은 노즐 유닛(100)에서 조사되는 레이저 광선(B)의 특성들을 측정하고, 이를 기반으로 포커스 지점에 조사되는 레이저 광선(B)의 출력과 노즐 유닛(100)의 높낮이를 용이하게 제어할 수 있으므로, 작업자의 번거로운 작업이 필요 없어짐은 물론, 정밀한 가공을 수행할 수 있다.Therefore, the present invention measures the characteristics of the laser beam (B) irradiated from the nozzle unit 100, and based on this, the output of the laser beam (B) irradiated to the focus point and the height of the nozzle unit 100 are easily adjusted Since it can be controlled, the cumbersome operation of the operator is eliminated, and precise processing can be performed.

다음, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 3D 프린터의 노즐유닛 제어방법을 설명한다.Next, a method of controlling the nozzle unit of the 3D printer according to the present invention will be described with reference to FIG. 3 .

도 3을 참조하여 본 발명에 따른 3D 프린터의 노즐유닛 제어방법을 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 2와 동일한 부분 또는 도 1 내지 도 2를 참조하여 용이하게 이해될 수 있는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.In describing the nozzle unit control method of the 3D printer according to the present invention with reference to FIG. 3, specific descriptions of the same parts as FIGS. 1 and 2 or parts that can be easily understood with reference to FIGS. 1 and 2 are to be omitted.

도 3은 본 발명에 따른 3D 프린터의 노즐유닛 제어방법을 보인 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a nozzle unit control method of a 3D printer according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 3D 프린터의 노즐유닛 제어방법은 상술한 노즐유닛 제어장치를 이용하여 레이저 광선(B)의 출력 세기와 노즐 유닛(100)의 높낮이를 용이하게 제어하기 위한 것으로, 조사단계(510), 작성단계(520) 및 제어단계(530)를 수행한다.3, the nozzle unit control method of the 3D printer according to the present invention is to easily control the output intensity of the laser beam (B) and the height of the nozzle unit 100 using the above-described nozzle unit control device. , the irradiation step 510 , the creation step 520 , and the control step 530 are performed.

조사단계(510)에서는 가공부재의 포커스 지점으로 노즐 유닛(100)이 레이저 광선(B)을 조사한다. 여기서, 가공부재는 3D 프린터의 적층 및 절삭과정을 통하여 형성될 수 있는 제품을 위한 가공 대상물로 정의될 수 있다. 그리고 가공부재의 포커스 지점이라 함은, 가공 대상물을 절삭하여 제품을 형성하기 위해 레이저 광선(B)이 조사되는 위치를 의미할 수 있다.In the irradiation step 510, the nozzle unit 100 irradiates the laser beam B to the focus point of the processing member. Here, the processing member may be defined as a processing object for a product that may be formed through lamination and cutting processes of a 3D printer. And, the focus point of the processing member may mean a position to which the laser beam B is irradiated to form a product by cutting the processing object.

작성단계(520)에서는 센서부(200)가 노즐 유닛(100)의 높낮이 및 레이저 헤드(110)로부터 조사되는 레이저 광선(B)의 출력 세기에 따라, 레이저 광선(B)의 특성들을 측정하여 센싱값을 작성한다.In the writing step 520 , the sensor unit 200 measures and senses characteristics of the laser beam B according to the height of the nozzle unit 100 and the output intensity of the laser beam B irradiated from the laser head 110 . Write the value.

여기서, 센서부(200)는 상술한 바와 같이, 레이저 광선(B)의 방출 유무를 측정하기 위한 광센서(210), 포커스 지점으로 조사되는 레이저 광선(B)이 가공부재의 일면을 절삭함에 따라 발생하는 음향을 측정하기 위한 어쿠스틱센서(220) 및 레이저 광선(B)의 파장을 측정하기 위한 스펙트럼센서(230) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 이에 의해 작성된 센싱값은 통합 제어부(300)로 전달된다.Here, as described above, the sensor unit 200 includes an optical sensor 210 for measuring whether or not the laser beam B is emitted or not, as the laser beam B irradiated to the focus point cuts one surface of the processing member. It may be made of at least one of the acoustic sensor 220 for measuring the generated sound and the spectrum sensor 230 for measuring the wavelength of the laser beam (B). The sensed value created by this is transmitted to the integrated control unit 300 .

제어단계(530)에서는 통합 제어부(300)가 작성단계(520)에서 작성된 센싱값과 미리 저장된 제1 설정값 및 제2 설정값을 이용하여, 노즐 유닛(100)의 높낮이 및 레이저 광선(B)의 출력 세기를 제어한다.In the control step 530 , the integrated control unit 300 uses the sensing value created in the writing step 520 and the first and second set values stored in advance, the height of the nozzle unit 100 and the laser beam (B) control the output strength of

구체적으로, 제어단계(530)는 비교 및 판단단계(531), 유지단계(532) 및 높낮이 및 출력 세기 제어단계(533)를 포함한다.Specifically, the control step 530 includes a comparison and determination step 531 , a maintenance step 532 , and a height and output intensity control step 533 .

비교 및 판단단계(531)에서는 작성단계(520)에서 작성된 센싱값과 미리 저장된 제1 설정값 및 제2 설정값을 비교 및 조합하여, 센싱값이 미리 설정된 범위인지 아닌지를 판단한다. In the comparison and determination step 531 , it is determined whether the sensed value is within a preset range by comparing and combining the sensed value created in the writing step 520 with the first and second preset values stored in advance.

상기 센싱값이 제1 설정값 및 제2 설정값의 범위 내라고 판단되면, 유지단계(532)에서는 레이저 광선(B)의 출력 세기와 노즐 유닛(100)의 높낮이가 유지되도록 높낮이 조절부(130) 및 광학계(미도시) 또는 레이저 헤드(110)를 제어한다.If it is determined that the sensed value is within the range of the first set value and the second set value, in the maintaining step 532, the height adjustment unit 130 so that the output intensity of the laser beam B and the height of the nozzle unit 100 are maintained. and an optical system (not shown) or a laser head 110 .

반면, 상기 센싱값이 제1 설정값 및 제2 설정값의 범위 내라고 판단되면, 높낮이 및 출력 세기 제어단계(533)에서는 레이저 광선(B)의 출력 세기 및 노즐 유닛(100)의 높낮이가 증감되도록 높낮이 조절부(130) 및 상기 광학계 또는 레이저 헤드(110)를 제어한다. On the other hand, if it is determined that the sensed value is within the range of the first set value and the second set value, the output intensity of the laser beam B and the height of the nozzle unit 100 are increased or decreased in the height and output intensity control step 533 . The height adjustment unit 130 and the optical system or the laser head 110 is controlled.

따라서, 본 발명에 따른 3D 프린터의 노즐유닛 제어방법에 의하면, 노즐 유닛(100)에서 조사되는 레이저 광선(B)의 특성들을 측정하고, 이를 기반으로 포커스 지점에 조사되는 레이저 광선(B)의 출력과 노즐 유닛(100)의 높낮이를 용이하게 제어할 수 있으므로, 가공 정밀도가 향상된다.Therefore, according to the nozzle unit control method of the 3D printer according to the present invention, the characteristics of the laser beam (B) irradiated from the nozzle unit 100 are measured, and based on this, the output of the laser beam (B) irradiated to the focus point And since it is possible to easily control the height of the nozzle unit 100, processing precision is improved.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다. The invention made by the present inventors has been described in detail according to the above embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

100: 노즐 유닛
110: 레이저 헤드 120: 노즐 본체
130: 승하강 수단
200: 센서부 210: 광센서
220: 어쿠스틱센서 230: 스펙트럼센서
300: 통합제어부
310: 저장부 320: 산출부
510: 조사단계 520: 작성단계
530: 제어단계100: nozzle unit
110: laser head 120: nozzle body
130: elevating means
200: sensor unit 210: optical sensor
220: acoustic sensor 230: spectrum sensor
300: integrated control unit
310: storage unit 320: calculation unit
510: investigation step 520: writing step
530: control stage

Claims (5)

3D 프린터에 설치된 높낮이 조절부에 높낮이 조절 가능하게 구비되어, 일면에 광케이블이 결합되고, 내부에 광학계가 구비된 노즐 본체와, 상기 광케이블을 통하여 상기 광학계를 거친 후 이송되는 레이저 광선을 가공부재의 포커스 지점으로 조사하는 레이저 헤드를 포함하는 노즐 유닛;
상기 노즐 유닛에 설치되고, 상기 노즐 유닛의 높낮이 및 상기 레이저 광선의 출력 세기에 따라 상기 레이저 광선의 특성들을 측정하여 센싱값을 작성하는 센서부; 및
상기 센서부로부터 상기 센싱값을 전달받고, 전달받은 상기 센싱값과 미리 저장된 제1 설정값 및 제2 설정값을 이용하여 상기 노즐 유닛의 높낮이 및 상기 레이저 광선의 출력 세기를 제어하는 통합 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 노즐유닛 제어장치.
The height adjustment unit installed in the 3D printer is provided so as to be adjustable in height, the optical cable is coupled to one surface, the nozzle body having an optical system inside, and the laser beam transferred after passing through the optical system through the optical cable Focus of the processing member a nozzle unit including a laser head irradiating to a point;
a sensor unit installed in the nozzle unit and measuring characteristics of the laser beam according to a height of the nozzle unit and an output intensity of the laser beam to create a sensed value; and
an integrated control unit receiving the sensing value from the sensor unit, and controlling the height of the nozzle unit and the output intensity of the laser beam using the received sensing value and pre-stored first and second setting values; 3D printer nozzle unit control device comprising a.
 청구항 1에서, 상기 센서부는
상기 레이저 광선의 방출 유무를 측정하기 위한 광센서, 상기 포커스 지점으로 조사되는 상기 레이저 광선의 음향을 측정하기 위한 어쿠스틱센서 및 상기 레이저 광선의 파장을 측정하기 위한 스펙트럼센서 중 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 노즐유닛 제어장치.
The method according to claim 1, The sensor unit
An optical sensor for measuring whether the laser beam is emitted or not, an acoustic sensor for measuring the sound of the laser beam irradiated to the focus point, and a spectrum sensor for measuring the wavelength of the laser beam, characterized in that 3D printer nozzle unit control device.
 청구항 1에서, 상기 제2 설정값은 상기 제1 설정값보다 크고,
상기 통합제어부는
상기 센서부로부터 상기 센싱값을 전달받아 상기 제1 설정값 및 상기 제2 설정값과 비교하여, 상기 센싱값이 상기 제1 설정값 및 상기 제2 설정값의 범위 내라고 판단하면 상기 레이저 광선의 출력 세기 및 상기 노즐 유닛의 높낮이가 유지되도록 제어하고,
상기 제1 설정값 및 상기 제2 설정값의 범위를 벗어났다고 판단하면 상기 레이저 광선의 출력 세기 및 상기 노즐 유닛의 높낮이가 증감되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 노즐유닛 제어장치.
The method according to claim 1, The second set value is greater than the first set value,
The integrated control unit
When the sensed value is received from the sensor unit and compared with the first set value and the second set value, when it is determined that the sensed value is within the range of the first set value and the second set value, the output of the laser beam Control to maintain the intensity and the height of the nozzle unit,
When it is determined that the range of the first set value and the second set value is out of range, the apparatus for controlling the nozzle unit of a 3D printer, characterized in that it controls so that the output intensity of the laser beam and the height of the nozzle unit are increased or decreased.
 청구항 1항에 기재된 3D 프린터의 노즐유닛 제어장치를 이용하여 레이저 광선의 출력 세기와 노즐 유닛의 높낮이를 용이하게 제어하기 위한 3D 프린터의 노즐유닛 제어방법으로,
가공부재의 포커스 지점으로 상기 노즐 유닛이 레이저 광선을 조사하는 조사단계;
센서부가 상기 노즐 유닛의 높낮이 및 상기 레이저 광선의 출력 세기에 따라 상기 레이저 광선의 특성들을 측정하여 센싱값을 작성하는 작성단계; 및
통합 제어부가 상기 작성단계에서 작성된 센싱값과 미리 저장된 제1 설정값 및 제2 설정값을 이용하여, 상기 노즐 유닛의 높낮이 및 상기 레이저 광선의 출력 세기를 제어하는 제어단계; 를 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 노즐유닛 제어방법.
A nozzle unit control method of a 3D printer for easily controlling the output intensity of a laser beam and the height of the nozzle unit using the nozzle unit control device of the 3D printer according to claim 1,
an irradiation step of irradiating the laser beam by the nozzle unit to the focus point of the processing member;
a writing step in which a sensor unit measures characteristics of the laser beam according to the height of the nozzle unit and the output intensity of the laser beam to create a sensed value; and
a control step in which an integrated control unit controls the height of the nozzle unit and the output intensity of the laser beam by using the sensing value created in the writing step and the first and second preset values stored in advance; A nozzle unit control method of a 3D printer, characterized in that performing.
 청구항 4에서, 상기 제어단계는
상기 작성단계에서 작성된 센싱값과 상기 제1 설정값 및 상기 제2 설정값을 비교하여, 상기 센싱값이 상기 제1 설정값 및 상기 제2 설정값의 범위 내라고 판단되면, 상기 레이저 광선의 출력 세기 및 상기 노즐 유닛의 높낮이가 유지되도록 제어하는 유지단계; 를 수행하고,
상기 제1 설정값 및 상기 제2 설정값의 범위를 벗어났다고 판단하면 상기 레이저 광선의 출력 세기 및 상기 노즐 유닛의 높낮이가 증감되도록 제어하는 높낮이 및 출력 세기 제어단계; 를 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 노즐유닛 제어방법.
The method according to claim 4, the control step
When it is determined that the sensed value created in the writing step is within the range of the first set value and the second set value and the sensed value is within the range of the first set value and the second set value, the output intensity of the laser beam and a maintaining step of controlling the height of the nozzle unit to be maintained. do,
a height and output intensity control step of controlling the output intensity of the laser beam and the height of the nozzle unit to increase or decrease when it is determined that the first set value and the second set value are out of the range; A nozzle unit control method of a 3D printer, characterized in that performing.
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