KR20210134014A

KR20210134014A - 3d 프린팅 기기 및 3d 프린팅 방법

Info

Publication number: KR20210134014A
Application number: KR1020217031351A
Authority: KR
Inventors: 쯜쥔 저우; ?W쥔 저우; 이 리우; 판 펑; 바오 양; 지에쥔 흐어; 난화 멍
Original assignee: 코셀 인텔리전트 머시너리 리미티드
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-11-08
Also published as: EP3804964A4; EP3804964A1; CN110001055A; JP2022524769A; US20220152920A1; WO2020200183A1

Abstract

본 출원은 3D 프린팅 기기 및 3D 프린팅 방법을 제공하고, 3D 프린팅 기술분야에 관한 것이며, 해당 3D 프린팅 기기는 프레임을 포함하고, 상기 프레임 내에 동작 영역을 형성하며; 상기 동작 영역 내에 분말 스프레드 장치, 프린팅 장치 및 이동 장치가 설치되어 있으며; 상기 이동 장치는 상기 분말 스프레드 장치 및 상기 프린팅 장치를 상이한 이동 경로를 따라 어긋나게 이동하도록 동시에 구동하여, 상기 분말 스프레드 장치 및 상기 프린팅 장치가 분말 스프레드 및 프린팅을 동시에 진행하도록 하여, 종래 기술에 존재하는 분말 스프레드 및 프린팅이 차례로 단계별로 완료되어, 대기 시간이 존재하고, 각층 분말 스프레드 후 프린팅하여 주기가 비교적 길어, 3D 기기 프린팅 효율이 크게 제한되는 기술적 과제를 해결하였다.

Description

3D 프린팅 기기 및 3D 프린팅 방법

본 출원은 3D 프린팅 기술 분야에 관한 것이고, 특히 3D 프린팅 기기 및 3D 프린팅 방법에 관한 것이다.

3D 프린팅(3D Printing)은 고속 조형 기술의 일종으로, 디지털 견본 파일을 기반으로, 분말상 금속 또는 플라스틱 등 접착 가능한 재료를 이용하여, 한층 한층 프린팅하는 형태로 물체를 제조하는 기술이다.

관련 기술에서 제공되는 3D 프린팅 기기의 구체적인 프린팅 과정은 이하와 같다: 먼저 스테이지에 한층의 분말을 균일하게 스프레드하고, 프린트 헤드로 스캔하되 특정 영역 내에 액상 재료를 분사하여, 분사 부위의 분말이 서로 접착되도록 하며, 이때 스테이지를 일정한 층두께에 대응되는 거리만큼 하강시키고, 모든 층의 분말 스프레드 및 프린트 동작이 완료될 때까지 상술한 단계를 중복한다. 현재 상술한 기술을 기반으로 하는 분말 3D 프린팅 기기는, 보편적으로 분말 스프레드 및 프린팅이 차례로 단계별로 완료되기에 대기 시간이 존재하고, 각층 분말 스프레드 및 프린팅 주기가 비교적 길어, 3D 기기의 프린팅 효율이 크게 제한되는 특징을 가지고 있다. 효율을 높이기 위해서는, 프린팅 면적을 증가시키고, 분말 스프레드 및 프린팅 속도를 향상시키며, 프린트 헤드의 폭을 증가시키는 등 방법으로 실현할 수 밖에 없다. 그러나 상술한 방법에서 프린팅 면적을 증가시키면 전체 기기의 제조 난이도를 높일뿐만 아니라 심지어 실현하기 어렵고; 분말 스프레드 및 프린팅 속도는 특정 값에 도달한 후 더 이상 향상되기 어려우며; 프린트 헤드의 폭을 증가시키면 기기의 제조 및 유지 보수 비용이 크게 증가되고 제어 난이도가 증가된다. 상술한 방법은 기기의 프린팅 효율을 다소 향상시킬 수는 있으나, 분말 3D 프린팅 기술의 산업화 추진 및 응용 요구를 충족시키기에는 역부족이다.

배경 기술 부분에 개시된 정보는 단지 본 출원의 전체 배경기술에 대한 이해를 돕기 위한 것으로, 상기 정보가 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지된 종래 기술을 구성한다고 승인하거나 임의의 형태로 암시하는 것으로 간주해서는 아니된다.

본 출원은 종래 기술에 존재하는 분말 스프레드 및 프린팅이 차례로 단계별로 완료되어 대기 시간이 존재하고, 각층 분말 스프레드 후 프린팅하여 주기가 비교적 길어, 3D 기기 프린팅 효율이 크게 제한되는 기술적 과제를 개선하고자 3D 프린팅 기기 및 3D 프린팅 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1 양태에 있어서, 본 출원에서 제공하는 3D 프린팅 기기는, 프레임을 포함하고, 상기 프레임 내에 동작 영역을 형성하며;

상기 동작 영역 내에는 분말 스프레드 장치, 프린팅 장치 및 이동 장치가 설치되어 있고;

상기 이동 장치는 상기 분말 스프레드 장치 및 상기 프린팅 장치를 상이한 이동 경로를 따라 어긋나게 이동하도록 동시에 구동하여, 상기 분말 스프레드 장치 및 상기 프린팅 장치가 분말 스프레드 및 프린팅을 동시에 진행하도록 한다.

추가로, 상기 이동 장치는 가이드 기구, 구동 기구 및 검출 감지 부재를 포함하고;

상기 구동 기구는 상기 가이드 기구에 전동 연결되고, 상기 검출 감지 부재는 상기 가이드 기구에 설치되어, 상기 분말 스프레드 장치 및 상기 프린팅 장치의 위치를 검출하는데 사용되며;

상기 프린팅 장치 및 상기 분말 스프레드 장치는 모두 상기 가이드 기구에 설치된다.

추가로, 상기 3D 프린팅 기기는 조형 스테이지를 더 포함하고,

상기 분말 스프레드 장치의 길이는 상기 조형 스테이지의 폭 이상이며;

상기 구동 기구는 상기 가이드 기구가 상기 조형 스테이지 상에서 이동하도록 구동한다.

추가로, 상기 가이드 기구는 제1 가이드 브라켓 및 제2 가이드 브라켓을 포함하고;

상기 분말 스프레드 장치는 상기 제1 가이드 브라켓에 장착되고; 상기 프린팅 장치는 상기 제2 가이드 브라켓에 장착되며;

상기 제1 가이드 브라켓 및 상기 제2 가이드 브라켓은 모두 제1 방향을 따라 왕복 이동한다.

추가로, 상기 분말 스프레드 장치는 상기 제1 가이드 브라켓과 함께 상기 조형 스테이지의 상기 제1 방향을 따라 왕복 이동하고;

상기 프린팅 장치는 상기 제2 가이드 브라켓과 함께 상기 조형 스테이지의 상기 제1 방향을 따라 왕복 이동하는 동시에 제2 방향을 따라 왕복 이동 가능하고, 상기 제1 방향은 상기 제2 방향에 수직되며;

상기 프린팅 장치가 상기 제2 방향을 따라 이동하는 변위는 상기 분말 스프레드 장치의 길이보다 크다.

추가로, 상기 분말 스프레드 장치는 상기 제1 가이드 브라켓과 함께 상기 조형 스테이지의 상기 제1 방향을 따라 왕복 이동하는 동시에 제3 방향을 따라 왕복 이동 가능하며;

상기 프린팅 장치는 상기 제2 가이드 브라켓과 함께 상기 조형 스테이지의 상기 제1 방향을 따라 왕복 이동하고, 각각 제2 방향 및 제3 방향을 따라 왕복 이동 가능하며, 상기 제1 방향, 제2 방향과 상기 제3 방향은 서로 수직되고;

상기 프린팅 장치가 상기 제2 방향을 따라 이동하는 변위는 상기 분말 스프레드 장치의 길이보다 크거나, 또는 상기 프린팅 장치가 제3 방향을 따라 이동하는 거리는 상기 분말 스프레드 장치의 위치의 높이보다 높다.

추가로, 상기 조형 스테이지는 사각형 탱크를 포함하고;

상기 사각형 탱크의 바닥판은 제3 방향을 따라 상하로 이동할 수 있다.

추가로, 상기 조형 스테이지는 평판을 포함한다.

추가로, 프린팅용 액상 재료를 제공하도록 배치되는 액상 재료 장치를 더 포함하고, 상기 액상 재료 장치는 상기 프레임 내부에 설치되거나, 또는 상기 액상 재료 장치는 상기 프레임과 별도로 설치된다.

추가로, 상기 분말 스프레드 장치에 분말을 제공하도록 배치되는 분말 처리 시스템을 더 포함하고;

상기 분말 처리 시스템은 상기 프레임과 별도로 설치된다.

추가로, 수송 장치를 더 포함하고;

상기 수송 장치는 전동 어셈블리를 통해 상기 조형 스테이지가 상기 동작 영역 내부에 진입하거나 또는 상기 동작 영역 외부로 이출되도록 한다.

제2 양태에 있어서, 본 출원에서 제공하는 3D 프린팅 방법은 제1 양태 중 어느 하나에 기재된 3D 프린팅 기기를 이용하여 3D 프린팅을 실시하고,

분말 스프레드 장치를 통해 프린팅 장치의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 프린팅 장치가 분말 스프레드 방향에 수직되는 방향에 따라 분말층 상부에 제1 라인 바인더를 분사하기 시작하는 단계;

프린팅 장치가 바인더를 분사하는 과정에서 분말 스프레드 장치는 분말 스프레드 동작을 끊김없이 진행하고, 분말 스프레드 장치를 통해 다음 프린팅 장치의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 프린팅 장치가 분말 스프레드 방향에 따라 하나의 프린팅 장치의 폭만큼 이동한 후, 제1 라인 바인더 분사 시의 프린팅 장치의 이동 방향과 반대되는 방향에 따라 제2 라인 바인더를 분사하는 단계; 및

분말 스프레드 장치 및 프린팅 장치를 통해 제1 층의 전부에 대한 분말 스프레드 및 프린팅 동작을 완료할 때까지 이와 같이 왕복하는 단계를 포함한다.

본 출원에서 제공하는 3D 프린팅 기기 및 3D 프린팅 방법은 적어도 이하의 유익한 효과를 갖는다:

본 출원에서 제공하는 3D 프린팅 기기는 프레임을 포함하고, 프레임 내에 동작 영역을 형성하며; 동작 영역 내에는 분말 스프레드 장치, 프린팅 장치 및 이동 장치가 설치되어 있고; 이동 장치는 분말 스프레드 장치 및 프린팅 장치를 상이한 이동 경로를 따라 어긋나게 이동하도록 동시에 구동하여, 분말 스프레드 장치 및 프린팅 장치가 분말 스프레드 및 프린팅을 동시에 진행하도록 한다.

한층의 분말 재료를 균일하게 스프레드하는 동시에 한층의 바인더를 분사하는 방식으로 한층 한층 적층하여 3D 물체의 조형을 실연하고, 본 출원에서 제공하는 3D 프린팅 기기는 적어도 하나의 분말 스프레드 장치 및 적어도 한 그룹의 프린팅 장치를 동시에 작동시키고, 동일한 그룹 내의 분말 스프레드 장치 및 프린팅 장치는 동시에 작동할 수 있으며, 작동 과정에서의 대기 시간을 효과적으로 없애고, 분말 스프레드 및 프린팅을 끊김없이 진행할 수 있음으로써, 프린팅 효율을 크게 향상시키고, 프린팅 비용을 절감하여, 각 분야에서 분말 3D 프린팅의 산업화된 응용을 추진하기 위한 보장을 제공한다.

한편, 분말 스프레드 및 프린팅 작동은 동시에 진행될 수 있어, 대기에 따른 시간 낭비가 없고, 프린팅 효율을 현저하게 향상시킬 수 있으며; 다른 한편, 복수의 분말 스프레드 장치 및 복수의 프린팅 장치로 동작 영역 내 상이한 조형 스테이지에서 동시에 프린팅 작동을 진행할 수 있고, 각 조형 스테이지에서 프린팅되는 모델과 레이아웃 방식은 모두 필요에 따라 맞춤형으로 배치될 수 있다.

본 출원에서 제공하는 3D 프린팅 방법은, 제1 양태 중 어느 하나에 기재된 3D 프린팅 기기를 이용하여 3D 프린팅을 실시하고, 분말 스프레드 장치를 통해 프린팅 장치의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 프린팅 장치가 분말 스프레드 방향에 수직되는 방향에 따라 분말층 상부에 제1 라인 바인더를 분사하기 시작하는 단계; 프린팅 장치가 바인더를 분사하는 과정에서 분말 스프레드 장치는 분말 스프레드 동작을 끊김없이 진행하고, 분말 스프레드 장치를 통해 다음 프린팅 장치의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 프린팅 장치는 분말 스프레드 방향에 따라 하나의 프린팅 장치의 폭만큼 이동한 후, 제1 라인 바인더 분사 시의 프린팅 장치의 이동 방향과 반대되는 방향에 따라 제2 라인 바인더를 분사하는 단계; 및 분말 스프레드 장치 및 프린팅 장치를 통해 제1 층의 전부에 대한 분말 스프레드 및 프린팅 동작을 완료할 때까지 이와 같이 왕복하는 단계를 포함한다

분말 스프레드 장치 및 프린팅 장치의 끊김없는 협동 작동 방법을 통해 조작이 더욱 자유롭고, 프린팅 효율을 크게 향상시킨다.

본 출원의 구체적인 실시형태 또는 종래 기술에서의 기술방안을 보다 명확하게 설명하기 위해, 이하 구체적인 실시형태 또는 종래 기술의 설명에 필요한 도면을 간단히 설명하도록 한다. 이하에서 설명되는 도면은 본 출원의 일부 실시형태이고, 본 기술 분야의 통상의 기술자라면 창조적인 노동을 들이지 않는 전제하에서 이러한 도면을 기반으로 다른 도면을 얻을 수 있다.
도 1은 본 출원의 실시예에서 제공하는 3D 프린팅 기기의 전체적 구조 개략도이다.
도 2는 본 출원의 실시예에서 제공하는 분말 처리 시스템의 사시 구조 개략도이다.
도 3은 본 출원의 실시예에서 제공하는 액상 재료 장치의 사시 구조 개략도이다.
도 4는 본 출원의 실시예에서 제공하는 이동 장치의 사시 구조 개략도이다.
도 5는 본 출원의 실시예에서 제공하는 분말 스프레드 장치 및 프린팅 장치의 일 실시예의 구조 개략도이다.
도 6은 본 출원의 실시예에서 제공하는 분말 스프레드 장치 및 프린팅 장치의 다른 실시예의 구조 개략도이다.

이하 첨부 도면에 결부하여 본 출원의 기술방안을 명백하고 완전하게 설명하도록 한다. 설명되는 실시예는 본 출원의 전부 실시예가 아닌 일부 실시예인 것은 자명한 것이다. 본 출원의 실시예를 기반으로, 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 창조적인 노동을 들이지 않는 전제하에서 얻을 수 있는 다른 모든 실시예는 모두 본 출원의 보호 범위 내에 속한다.

본 출원의 설명에서, 유의해야 할 점은 용어 "중심", "상", "하", "좌", "우", "수직", "수평", "내", "외" 등이 지시하는 방위 또는 위치 관계는 첨부 도면에서 보여준 방위 또는 위치 관계인 바, 이는 단지 본 출원의 설명 상 편의 및 설명을 간략화하기 위한 것일 뿐, 가르키는 장치 또는 소자가 반드시 특정 위치 방향을 가지거나 특정 위치 방향으로 조작되어야 하는 것을 지시하거나 암시하는 것이 아니므로, 본 출원을 한정하는 것으로 이해하여서는 아니된다. 또한, 용어 "제1", "제2", "제3"은 설명을 목적으로 하기 위한 것일 뿐, 상대적 중요성을 지시하거나 암시하는 것으로 이해해서는 아니된다.

본 출원의 설명에서, 달리 명백하게 규정되고 한정하지 않는 한 용어 "장착", "서로 연결" 및 "연결"은 넓은 의미로 이해되어야 하는 바, 예를 들어 고정 연결일 수 있고, 탈착 가능하게 연결될 수 있거나 일체로 연결일 수도 있으며; 기계적 연결일 수 있고, 전기적 연결일 수도 있으며, 직접 연결일 수 있고, 중간 매개물을 거친 연결일 수도 있으며, 두개의 소자 내부의 연통일 수도 있다. 통상의 기술자에 있어서, 상기 용어의 본 출원에서의 구체적 의미는 구체적인 상황에 따라 이해할 수 있다.

이하 첨부된 도면에 결부하여 본 출원의 구체적인 실시형태에 대해 상세하게 설명하도록 한다. 여기에서 설명되는 구체적인 실시형태는 단지 본 출원을 설명하고 해석하는데 사용될 뿐, 본 출원을 한정하고자 하는 것이 아님을 이해해야 한다.

도 1 내지 도 6을 참조하여, 이하 첨부 도면에 결부하여 본 출원의 실시예에서 제공하는 3D 프린팅 기기 및 3D 프린팅 방법에 대해 상세하게 설명하도록 한다.

제1 양태에 있어서, 본 출원의 실시예에서 제공하는 3D 프린팅 기기는, 프레임(100)을 포함하고, 프레임(100) 내에 동작 영역을 형성하며;

동작 영역 내에 분말 스프레드 장치(200), 프린팅 장치(300) 및 이동 장치(400)가 설치되어 있고;

이동 장치(400)는 분말 스프레드 장치(200) 및 프린팅 장치(300)가 상이한 이동 경로를 따라 어긋나게 이동하도록 동시에 구동하여, 분말 스프레드 장치(200) 및 프린팅 장치(300)가 동시에 분말 스프레드 및 프린팅을 실시하도록 한다.

도 1을 참조하여, 한층의 분말 재료를 균일하게 스프레드하는 동시에 한층의 바인더를 분사하는 방식으로 한층 한층 적층하여 3D 엔티티를 구축하고, 본 출원에서 제공하는 3D 프린팅 기기는 적어도 하나의 분말 스프레드 장치(200) 및 적어도 한 그룹의 프린팅 장치(300)가 동시에 작동시키고, 동일한 그룹 내의 분말 스프레드 장치(200)는 프린팅 장치(300)와 동시에 작동할 수 있으며, 동작 과정에서 대기 시간을 효과적으로 해소하고, 분말 스프레드 및 프린팅을 끊김없이 진행할 수 있음으로써, 프린팅 효율을 크게 향상시키고 프린팅 비용을 절감하여, 각 분야에서 분말 3D 프린팅의 산업화된 응용을 추진하기 위한 보장을 제공한다.

한편, 분말 스프레드 및 프린팅 동작은 동시에 진행될 수 있어, 대기에 따른 시간 낭비가 없고, 프린팅 효율을 현저하게 향상시킬 수 있으며; 다른 한편, 복수의 분말 스프레드 장치(200) 및 복수의 프린팅 장치(300)를 통해 동작 영역 내 상이한 조형 스테이지(500)에서 동시에 프린팅 동작을 진행할 수 있고, 각 조형 스테이지(500)에서 프린팅되는 모델과 레이아웃 형태는 모두 필요에 따라 맞춤형으로 배치될 수 있다.

도 4를 참조하여, 이동 장치(400)는 가이드 기구(410), 구동 기구(420) 및 검출 감지 부재(430)를 포함한다.

구동 기구(420)는 가이드 기구(410)에 전동 연결되고, 검출 감지 부재(430)는 가이드 기구(410)에 설치되어, 분말 스프레드 장치(200) 및 프린팅 장치(300)의 위치를 검출하도록 배치되며;

프린팅 장치(300) 및 분말 스프레드 장치(200)는 모두 가이드 기구(410)에 설치된다.

추가로, 3D 프린팅 기기는 조형 스테이지(500)를 더 포함하고,

분말 스프레드 장치(200)의 길이는 조형 스테이지(500)의 폭 이상이며;

구동 기구(420)는 가이드 기구(410)를 구동하여 조형 스테이지(500) 상에서 이동하도록 한다.

구체적으로, 필요에 따라 컨트롤러 내에 프로그램을 미리 설정해야 하고, 컨트롤러의 선택은 종래 기술이며, 주로 필요에 따라 컨트롤러 내의 프로그램을 프로그래밍하고 디버그하여, 이동 장치(400)로 독립적으로 조형 스테이지(500), 분말 스프레드 장치(200) 및 프린팅 장치(300)를 각각 고정된 방향 및 경로에 따라 작동시켜 독립적으로 구동할 수 있도록 한다. 이동 장치(400)는 분말 스프레드 장치(200) 및 프린팅 장치(300)를 동시에 작동시킬 수 있고, 특정 위치에서, 이동 장치(400)를 통해 분말 스프레드 장치(200)와 프린팅 장치(300)가 서로 어긋나게 구동되고, 서로 간섭하지 않게 분말 스프레드 및 프린팅 동작을 왕복할 수 있다.

구동 기구(420)는 모터에 의해 구동되는 기어 랙, 타이밍 벨트 및/또는 리드 스크류 등 형태로 실현될 수 있고; 위치 검출 장치는 적외선 센서 또는 위치 센서 등을 선택하여 프린팅 장치(300)의 위치를 검출하여, 프린팅 장치(300)와 분말 스프레드 장치(200)를 보다 잘 배합시킬 수 있다.

먼저 이하의 세개 방향에 대해 설명하도록 한다. 첨부 도면 중 Y 방향은 제1 방향을 가르키고, X 방향은 제2 방향을 가르키며, Z 방향은 제3 방향을 가리킨다.

여기서, 가이드 기구(410)는 제1 가이드 브라켓(411) 및 제2 가이드 브라켓(412)을 포함하고;

분말 스프레드 장치(200)는 제1 가이드 브라켓(411)에 장착되고; 프린팅 장치(300)는 제2 가이드 브라켓(412)에 장착되며;

제1 가이드 브라켓(411) 및 제2 가이드 브라켓(412)은 모두 제1 방향을 따라 왕복 이동한다. 두개의 가이드 브라켓의 구체적인 형상은 구체적으로 한정되지 않고, 제1 방향을 따라 왕복 이동할 수 있기만 하면 가능하며, 여기서 구동 기구(420)를 통해 실현되고, 구동 기구(420)의 구체적인 구조는 실린더, 유압 실린더 또는 모터에 의해 구동되는 기어 랙, 타이밍 벨트 또는 리드 스크류 등일 수 있다.

분말 스프레드 장치(200)와 프린팅 장치(300)의 장착 방법은 여러가지로 선택될 수 있고, 구체적인 선택 방식은 이하과 같다:

방식 1, 분말 스프레드 장치(200)는 제1 가이드 브라켓(411)과 함께 조형 스테이지(500)의 제1 방향을 따라 왕복 이동하고;

프린팅 장치(300)는 제2 가이드 브라켓(412)과 함께 조형 스테이지(500)의 제1 방향을 따라 왕복 이동하며, 동시에 제2 방향을 따라 왕복 이동 가능하고, 제1 방향은 상기 제2 방향에 수직되며;

프린팅 장치(300)가 제2 방향을 따라 이동하는 변위는 분말 스프레드 장치(200)의 길이보다 크다.

구체적으로, 제1 방향(Y 방향)은 동작 영역에서 조형 스테이지(500)에 위치하는 사각형 탱크에 평행되는 길이 방향이고, 프린팅 장치(300)와 분말 스프레드 장치(200)가 배합하여 연속적으로 동작하는데 유리하고, 프린팅 장치(300)가 대기하지 않도록 하기 위해, 프린팅 장치(300)와 분말 스프레드 장치(200)의 속도 비율을 조절하는바, 프린팅 장치(300)의 속도는 분말 스프레드 장치(200)의 속도보다 2-5 배 빠르고 즉 2 배, 3 배, 4 배 또는 5 배를 선택할 수 있다. 구체적으로 프린팅 장치(300)의 속도가 분말 스프레드 장치(200)의 속도보다 몇배 빠른지를 선택하는 것은 사각형 탱크의 크기와 프린팅 장치(300) 및 분말 스프레드 장치(200)의 선택 모델과 관계된다.

분말 스프레드 장치(200)의 운동 방향은 수평에 따른 단일 방향의 제1 방향(Y 방향)이고, 프린팅 장치(300)의 운동 방향은 수평에 따른 서로 수직된 두개의 방향인 제1 방향 및 제2 방향(Y/X 방향)이며; 분말 스프레드 장치(200)가 단일 방향으로 분말 스프레드를 완료한 후 복귀 필요 시, 프린팅 장치(300)는 분말 스프레드 방향에 수직되는 방향인 제2 방향(X 방향)을 따라 분말 스프레드 장치(200)의 길이 범위 밖으로 이동하여, 분말 스프레드 장치(200) 복귀 시 프린팅 장치(300)와 서로 간섭하거나 충돌하는 것을 방지하도록 한다. 구체적인 동작 프로세스는 이하과 같다:

프린팅 동작 시작 시, 수송 장치(800)는 적어도 하나의 조형 스테이지(500)를 각각 독립적인 적어도 하나의 동작 영역 내로 이동시키고, 분말 스프레드 장치(200)가 먼저 동작을 시작하며, 제1 방향의 정방향(Y+ 방향)을 따라 조형 스테이지(500) 상부에 한층의 분말을 일정 두께로 균일하게 스프레드하고, 분말 스프레드 장치(200)가 하나의 프린팅 장치(300)의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 분말 스프레드 장치(200)와 동일한 동작 영역에 배치된 프린팅 장치(300)는 분말 스프레드 방향에 수직되는 방향인 제2 방향의 정방향(X+ 방향)을 따라 분말층 상부에 제1 라인 바인더를 균일하게 분사하고, 프린팅 장치(300)가 바인더를 분사하는 과정에서 분말 스프레드 장치(200)는 끊김없이 분말 스프레드 동작을 정상적으로 진행하며, 분말 스프레드 장치(200)가 다음 프린팅 장치(300)의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 프린팅 장치(300)는 먼저 분말 스프레드 방향인 제1 방향의 정방향(Y+ 방향)을 따라 하나의 프린팅 장치(300)의 폭만큼 이동한 후, 제1 라인 바인더 분사 시의 프린팅 장치(300)의 운동 방향과 반대되는 방향 즉 제2 방향의 반대 방향(X- 방향)을 따라 제2 라인 바인더를 분사하고, 분말 스프레드 장치(200) 및 프린팅 장치(300)가 제1 층의 전부에 대한 분말 스프레드 및 프린팅 동작을 완료할 때까지 이와 같이 왕복한다. 이때, 프린팅 장치(300)는 분말 스프레드 장치(200)의 이동 방향에 수직되는 방향을 따라 분말 스프레드 장치(200)와 어긋나는 길이의 위치로 이동하여, 분말 스프레드 장치(200)가 반대 방향 즉 제1 방향 반대의 방향(Y- 방향)에서 분말 스프레드 동작 진행 시 프린팅 장치(300)와 서로 간섭되지 않도록 한다.

마찬가지로, 분말 스프레드 장치(200)가 제1 방향의 반대 방향(Y- 방향)을 따라 하나의 프린팅 장치(300)의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 분말 스프레드 장치(200)와 동일한 동작 영역에 배치된 프린팅 장치(300)는 분말 스프레드 방향에 수직되는 방향인 제2 방향(X 방향)을 따라 분말층 상부에 제1 라인 바인더를 균일하게 분사하고, 분말 스프레드 장치(200)가 다음 프린팅 장치(300)의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 프린팅 장치(300)는 먼저 분말 스프레드 방향인 제1 방향의 반대 방향(Y- 방향)을 따라 하나의 프린팅 장치(300)의 폭만큼 이동한 후, 제1 라인 바인더 분사 시의 프린팅 장치(300)의 운동 방향과 반대되는 방향을 따라 제2 라인 바인더를 분사한다. 한층 한층 후속 모든 층의 분말 스프레드 및 프린팅이 완료될 때까지 이와 같이 왕복하여, 프린팅 동작을 완료한다. 분말 스프레드 장치(200)와 프린팅 장치(300)의 어긋나는 방식은 수평 방향에서 어긋나는 방식이다.

방식 2, 분말 스프레드 장치(200)는 제1 가이드 브라켓(411)과 함께 조형 스테이지(500)의 제1 방향을 따라 왕복 이동하는 동시에 제3 방향을 따라 왕복 이동 가능하며;

프린팅 장치(300)는 제2 가이드 브라켓(412)과 함께 조형 스테이지(500)의 제1 방향을 따라 왕복 이동하고, 각각 제2 방향 및 제3 방향을 따라 왕복 이동 가능하며, 제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향은 서로 수직되고;

프린팅 장치(300)가 제2 방향을 따라 이동하는 변위는 분말 스프레드 장치(200)의 길이보다 크거나, 또는 프린팅 장치(300)가 제3 방향을 따라 이동하는 거리는 분말 스프레드 장치(200)의 위치의 높이보다 높다.

분말 스프레드 장치(200)의 운동 방향은 수평 방향에 따른 제1 방향(Y 방향)이고, 분말을 용이하게 분사하기 위해 제3 방향(Z 방향)에 따라 상하로 운동하며, 프린팅 장치(300)의 운동 방향은 수평 방향에 따라 서로 수직되는 두개 방향인 제1 방향, 제2 방향(Y/X 방향) 및 수직 방향(Z 방향)이고; 분말 스프레드 장치(200)가 단일 방향에서의 분말 스프레드를 완료한 후 복귀 필요 시, 프린팅 장치(300)는 제3 방향(Z 방향)을 따라 분말 스프레드 장치(200)의 높이 범위 밖으로 이동하여, 분말 스프레드 장치(200) 복귀 시 프린팅 장치(300)와 서로 간섭하는 것을 방지하며; 또한 여기서 분말 스프레드 장치(200) 및 프린팅 장치(300)는 모두 제3 방향에서의 상하 운동을 실현할 수 있어, 이로써, 조형 스테이지(500)에서 상하로 이동할 수 없는 평판을 선택하면 3D 프린팅을 실현할 수 있다.

구체적인 동작 프로세스는 이하과 같다: 프린팅 동작 시작 시, 수송 장치(800)는 적어도 하나의 조형 스테이지(500)을 각각 독립적인 적어도 하나의 동작 영역 내로 이동시키고, 분말 스프레드 장치(200)가 먼저 동작을 시작하며, 제1 방향의 정방향(Y+ 방향)을 따라 조형 스테이지(500) 상부에 한층의 분말을 일정 두께로 균일하게 스프레드하고, 분말 스프레드 장치(200)가 하나의 프린팅 장치(300)의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 분말 스프레드 장치(200)와 동일한 동작 영역에 배치된 프린팅 장치(300)는 분말 스프레드 방향에 수직되는 방향인 제2 방향의 정"??*(X+ 방향)을 따라 분말층 상부에 제1 라인 바인더를 균일하게 분사하고, 프린팅 장치(300)가 바인더를 분사하는 과정에서 분말 스프레드 장치(200)는 끊김없이 분말 스프레드 동작을 정상적으로 진행하며, 분말 스프레드 장치(200)가 다음 프린팅 장치(300)의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 프린팅 장치(300)는 먼저 분말 스프레드 방향인 제1 방향의 정방향(Y+ 방향)을 따라 하나의 프린팅 장치(300)의 폭만큼 이동한 후, 제1 라인 바인더 분사 시의 프린팅 장치(300)의 운동 방향과 반대되는 방향 즉 제2 방향의 반대 방향(X- 방향)을 따라 제2 라인 바인더를 분사하고, 분말 스프레드 장치(200) 및 프린팅 장치(300)가 제1 층의 전부에 대한 분말 스프레드 및 프린팅 동작을 완료할 때까지 이와 같이 왕복한다. 이때, 프린팅 장치(300)는 수직 방향인 제3 방향(Z 방향)을 따라 분말 스프레드 장치(200)와 어긋나는 높이 위치로 이동하여, 분말 스프레드 장치(200)가 제1 방향의 반대 방향(Y- 방향)에서 분말 스프레드 동작 진행 시 프린팅 장치(300)와 서로 간섭되지 않도록 한다.

마찬가지로, 분말 스프레드 장치(200)가 제1 방향의 반대 방향(Y- 방향)을 따라 하나의 프린팅 장치(300)의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 분말 스프레드 장치(200)와 동일한 동작 영역에 배치된 프린팅 장치(300)는 분* 스프레드 방향에 수직되는 방향인 제1 방향(Y 방향)을 따라 분말층 상부에 제1 라인 바인더를 균일하게 분사하고, 분말 스프레드 장치(200)가 다음 프린팅 장치(300)의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 상기 프린팅 장치(300)는 먼저 분말 스프레드 방향인 제1 방향의 반대 방향(Y- 방향)을 따라 하나의 프린팅 장치(300)의 폭만큼 이동한 후, 제1 라인 바인더 분사 시의 프린팅 장치(300)의 운동 방향과 반대되는 방향을 따라 제2 라인 바인더를 분사한다. 한층한층 후속 모든 층의 분말 스프레드 및 프린팅이 완료될 때까지 이와 같이 왕복하여, 프린팅 동작을 완료한다. 말당 실시예는 상기 분말 스프레드 장치(200)와 상기 프린팅 장치(300)이 수직 방향으로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 한다.

여기서 조형 스테이지(500)은, 바닥판이 사각형 탱크의 깊이 방향(제3 방향, 즉 Z 방향)을 따라 상하로 운동할 수 있는 사각형 탱크 또는 상하로 운동할 수 없는 평판 중에서 선택될 수 있고; 분말 스프레드 장치(200)와 프린팅 장치(300)를 통해서만 선택되며; 즉 분말 스프레드 장치(200)와 프린팅 장치(300)가 제3 방향을 따라 상하로 운동할 수 있으면, 평판을 선택하고; 분말 스프레드 장치(200)와 프린팅 장치(300)가 제3 방향을 따라 상하로 운동할 수 없으면, 사각형 탱크를 선택함으로써, 3D 프린팅의 효과를 확보할 수 있고, 분말 스프레드 장치(200)와 프린팅 기기가 항상 바닥판에 밀접하도록 할 수 있다.

본 출원의 실시예에서 제공하는 3D 프린팅 기기는 프린트용 액상 재료를 제공하는 액상 재료 장치(600)를 더 포함하고, 액상 재료 장치(600)는 프레임(100)의 내부에 설치되거나, 또는 액상 재료 장치(600)는 프레임(100)과 별도로 설치된다. 구체적으로, 액상 재료 장치(600)는 볼트 및 나사에 의해 탈착 가능하게 프레임(100)에 연결될 수 있고, 용접 또는 리벳팅 방식으로 프레임(100)에 직접적으로 고정 연결될 수도 있다.

여기서 액상 재료 장치(600)는 액상 재료 탱크(610), 액상 재료 펌프(620), 필터 유닛(630), 파이프 라인(640) 및 제어 밸브(650) 등을 포함하여, 기기에 프린트용 경화제, 바인더 및 세척제 등 액상 재료를 제공한다. 액상 재료 펌프(620)는 액상 재료 탱크(610) 내부로부터 액상 재료를 추출하여 파이프 라인(640)을 거쳐 필터 유닛(630)으로 들여보내고, 여과를 거친 액상 재료는 다른 액상 재료 펌프(620)에 의해 추출되어, 3D 프린팅 기기에 제공되며, 제어 밸브(650)는 3D 프린팅 기기에서 전송된 신호에 따라 액상 재료의 공급을 시작하거나 중단한다.

추가로, 분말 스프레드 장치(200)에 분말을 제공하도록 배치되는 분말 처리 시스템(700)을 더 포함하고;

분말 처리 시스템(700)은 프레임(100)과 별도로 설치된다.

여기서 분말 처리 시스템(700)은 칭량, 동일 직경 튜브 주사 및/또는 정량 배럴 등 방식을 통해 정량 배합 비율로 다양한 재료를 혼합할 수 있고, 다양한 재료는 고체와 액체, 고체와 고체 또는 액체와 액체일 수 있으며, 예를 들면 상이한 메쉬의 모래, 석고, 금속 분말 또는 나일론 등과 같은 동일한 재료의 상이한 입자도의 혼합일 수 있고, 상술한 상이한 재료의 혼합일 수도 있으며; 프레임(100) 외부에 별도로 배치된 분말 처리 시스템(700)은 하나 또는 복수의 분말 스프레드 장치(200)에 안정적으로 분말을 공급할 수 있고, 분말 처리 시스템(700)은 분말 공급 장치(710), 분말 혼합 장치(720), 분말 수송 장치(730), 정량화 장치(740) 및 진동 피딩 장치(750) 등 모듈을 포함한다. 분말 재료는 분말 수송 장치(730)에 의해 분말 공급 장치(710)에 유입되고, 유입된 분말의 양은 정량화 장치(740)에 의해 자동적으로 측정되며, 소정의 분말량에 도달하면 유입을 멈추고, 이때 진동 피딩 장치(750)는 제어 신호에 따라 진동을 시작하며, 대응되는 제어 밸브가 열린다. 진동은 분말 공급 장치(710) 중의 소정량의 분말을 전부 진동 낙하시켜, 분말 혼합 장치(720)에 첨가할 수 있다. 한차례 또는 여러차례 상술한 조작을 거친 후, 분말 혼합 장치(720)에 소정량의 다양한 재료를 첨가하고, 분말 혼합 장치(720)를 작동시켜, 다양한 재료를 균일하게 혼합하여, 3D 프린팅 기기에 공급한다.

추가로, 수송 장치(800)를 더 포함하고; 수송 장치(800)는 롤러 수송 장치, 벨트 수송 장치, 체인 수송 장치, AGV 수송 카트 및/또는 RGV 수송 카트 등일 수 있다.

수송 장치(800)는 전동 어셈블리를 통해 조형 스테이지(500)를 동작 영역 내부에 진입시키거나 또는 외부로 이출시킨다.

유의할 점은, 여기서 전동 어셈블리는 수평 방향을 따라 내부 또는 외부로 조형 스테이지(500)를 구동하기 위해, 모터 구동식 롤러 또는 체인 또는 타이밍 벨트 등을 선택할 수 있다.

하나 또는 복수의 본 출원의 실시예에서 제공하는 3D 프린팅 기기의 물류 도킹 및 본 출원의 실시예에서 제공하는 3D 프린팅 기기의 모래 제거 스테이션과의 도킹을 위해, 수송 장치(800)는 고정된 리프팅 롤러, 자동 수송 카트 등과 도킹될 수 있다.

제2 양태에 있어서, 본 출원에서 제공하는 3D 프린팅 방법은 제1 양태 중 어느 하나에 따른 3D 프린팅 기기를 이용하여 3D 프린팅을 실시하고,

분말 스프레드 장치(200)가 프린팅 장치(300)의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 프린팅 장치(300)가 분말 스프레드 방향에 수직되는 방향에 따라 분말층 상부에 제1 라인 바인더를 분사하기 시작하는 단계;

프린팅 장치(300)가 바인더를 분사하는 과정에서 분말 스프레드 장치(200)는 분말 스프레드 동작을 끊김없이 진행하고, 분말 스프레드 장치(200)가 다음 프린팅 장치(300)의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 프린팅 장치(300)는 분말 스프레드 방향에 따라 하나의 프린팅 장치(300)의 폭만큼 이동한 후, 제1 라인 바인더 분사 시의 프린팅 장치(300)의 이동 방향과 반대되는 방향에 따라 제2 라인 바인더를 분사하는 단계; 및

분말 스프레드 장치(200) 및 프린팅 장치(300)가 제1 층의 전부에 대한 분말 스프레드 및 프린팅 동작을 완료할 때까지 이와 같이 왕복하는 단계를 포함한다.

분말 스프레드 장치(200)와 프린팅 장치(300)의 지속적인 배합 작동 방법을 통해 조작이 더 유연하고, 프린팅 효율이 대폭 향상된다.

이상 본 출원의 3D 프린팅 기기 및 3D 프린팅 방법에 대해 설명하였으나, 본 출원은 전술한 구체적인 실시형태에 한정되지 않고, 청구 범위를 벗어나지 않는 한 다양한 수정 또는 변경을 진행할 수 있다. 본 출원은 청구 범위 내의 다양한 수정 또는 변경을 포함한다.

마지막으로 유의해야 할 점은, 상기 각 실시예는 단지 본 출원의 기술방안을 설명하기 위해 사용된 것일 뿐, 한정하고자 하는 것이 아니다. 전술한 각 실시예를 참조하여 본 출원을 상세하게 설명하였으나 본 기술분야의 통상의 기술자는 전술한 각 실시예에 기재된 기술방안에 대해 수정하거나 일부 또는 전부 기술 특징에 대해 동등하게 대체할 수 있으며, 이러한 수정 또는 대체로 인해 대응되는 기술방안의 본질이 본 출원 각 실시예의 기술방안 범위에서 벗어나지 않는다.

100: 프레임; 200: 분말 스프레드 장치; 300: 프린팅 장치; 400: 이동 장치; 410: 가이드 기구; 411: 제1 가이드 브라켓; 412: 제2 가이드 브라켓; 420: 구동 기구; 430: 검출 감지 부재; 500: 조형 스테이지; 600: 액상 재료 장치; 610: 액상 재료 탱크; 620: 액상 재료 펌프; 630: 필터 유닛; 640: 파이프 라인; 650: 제어 밸브; 700: 분말 처리 시스템; 710: 분말 공급 장치; 720: 분말 혼합 장치; 730: 분말 수송 장치; 740: 정량화 장치; 750: 진동 피딩 장치; 800: 수송 장치.

Claims

프레임(100)을 포함하는 3D 프린팅 기기에 있어서,
상기 프레임(100) 내에 동작 영역을 형성하고;
상기 동작 영역 내에는 분말 스프레드 장치(200), 프린팅 장치(300) 및 이동 장치(400)가 설치되어 있으며;
상기 이동 장치(400)는 상기 분말 스프레드 장치(200) 및 상기 프린팅 장치(300)를 상이한 이동 경로를 따라 어긋나게 이동하도록 동시에 구동하여, 상기 분말 스프레드 장치(200) 및 상기 프린팅 장치(300)가 분말 스프레드 및 프린팅을 동시에 진행하도록 하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 기기.
제1항에 있어서,
상기 이동 장치(400)는 가이드 기구(410), 구동 기구(420) 및 검출 감지 부재(430)를 포함하고;
상기 구동 기구(420)는 상기 가이드 기구(410)에 전동 연결되고, 상기 검출 감지 부재(430)는 상기 가이드 기구(410)에 설치되어, 상기 분말 스프레드 장치(200) 및 상기 프린팅 장치(300)의 위치를 검출하도록 배치되며;
상기 프린팅 장치(300) 및 상기 분말 스프레드 장치(200)는 모두 상기 가이드 기구(410)에 설치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 기기.
제2항에 있어서,
상기 3D 프린팅 기기는 조형 스테이지(500)를 더 포함하고,
상기 분말 스프레드 장치(200)의 길이는 상기 조형 스테이지(500)의 폭 이상이며;
상기 구동 기구(420)는 상기 가이드 기구(410)가 상기 조형 스테이지(500) 상에서 이동하도록 구동하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 기기.
제3항에 있어서,
상기 가이드 기구(410)는 제1 가이드 브라켓(411) 및 제2 가이드 브라켓(412)을 포함하고;
상기 분말 스프레드 장치(200)는 상기 제1 가이드 브라켓(411)에 장착되고; 상기 프린팅 장치(300)는 상기 제2 가이드 브라켓(412)에 장착되며;
상기 제1 가이드 브라켓(411) 및 상기 제2 가이드 브라켓(412)은 모두 제1 방향을 따라 왕복 이동하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 기기.
제4항에 있어서,
상기 분말 스프레드 장치(200)는 상기 제1 가이드 브라켓(411)과 함께 상기 조형 스테이지의 상기 제1 방향을 따라 왕복 이동하고;
상기 프린팅 장치(300)는 상기 제2 가이드 브라켓(412)과 함께 상기 조형 스테이지(500)의 상기 제1 방향을 따라 왕복 이동하는 동시에 제2 방향을 따라 왕복 이동 가능하고, 상기 제1 방향은 상기 제2 방향에 수직되며;
상기 프린팅 장치(300)가 상기 제2 방향을 따라 이동하는 변위는 상기 분말 스프레드 장치(200)의 길이보다 큰 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 기기.
제4항에 있어서,
상기 분말 스프레드 장치(200)는 상기 제1 가이드 브라켓(411)과 함께 상기 조형 스테이지(500)의 상기 제1 방향을 따라 왕복 이동하는 동시에 제3 방향을 따라 왕복 이동 가능하고;
상기 프린팅 장치(300)는 상기 제2 가이드 브라켓(412)과 함께 상기 조형 스테이지(500)의 상기 제1 방향을 따라 왕복 이동하고, 각각 제2 방향 및 제3 방향을 따라 왕복 이동 가능하며, 상기 제1 방향, 제2 방향 및 상기 제3 방향은 서로 수직되고;
상기 프린팅 장치(300)가 상기 제2 방향을 따라 이동하는 변위는 상기 분말 스프레드 장치(200)의 길이보다 크거나, 또는 상기 프린팅 장치(300)가 제3 방향을 따라 이동하는 거리는 상기 분말 스프레드 장치(200)의 위치의 높이보다 높은 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 기기.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 조형 스테이지(500)는 바닥판이 제3 방향을 따라 상하로 이동 가능한 사각형 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 기기.
제4항 또는 제6항에 있어서,
상기 조형 스테이지(500)는 상하로 이동할 수 없는 평판을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 기기.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
프린팅용 액상 재료를 제공하도록 배치되는 액상 재료 장치(600)를 더 포함하고, 상기 액상 재료 장치(600)는 상기 프레임(100) 내부에 설치되거나, 또는 상기 액상 재료 장치(600)는 상기 프레임(100)과 별도로 설치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 기기.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분말 스프레드 장치(200)에 분말을 제공하도록 배치되는 분말 처리 시스템(700)을 더 포함하고;
상기 분말 처리 시스템(700)은 상기 프레임(100)과 별도로 설치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 기기.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
전동 어셈블리를 통해 상기 조형 스테이지(500)가 상기 동작 영역 내부에 진입하거나 또는 상기 동작 영역 외부로 이출되도록 하는 수송 장치(800)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 기기.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 3D 프린팅 기기를 이용하여 3D 프린팅을 실시하는 3D 프린팅 방법에 있어서,
분말 스프레드 장치(200)를 통해 프린팅 장치(300)의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 프린팅 장치(300)가 분말 스프레드 방향에 수직되는 방향에 따라 분말층 상부에 제1 라인 바인더를 분사하기 시작하는 단계;
프린팅 장치(300)가 바인더를 분사하는 과정에서 분말 스프레드 장치(200)는 분말 스프레드 동작을 끊김없이 진행하고, 분말 스프레드 장치(200)를 통해 다음 프린팅 장치(300)의 폭만큼의 분말 스프레드 완료 시, 프린팅 장치(300)가 분말 스프레드 방향에 따라 하나의 프린팅 장치(300)의 폭만큼 이동한 후, 제1 라인 바인더 분사 시의 프린팅 장치(300)의 이동 방향과 반대되는 방향에 따라 제2 라인 바인더를 분사하는 단계; 및
분말 스프레드 장치(200) 및 프린팅 장치(300)를 통해 제1 층의 전부에 대한 분말 스프레드 및 프린팅 동작을 완료할 때까지 이와 같이 왕복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.