KR20210141172A - A liquid direct 3d printer and 3d printing method using the same - Google Patents

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KR20210141172A
KR20210141172A KR1020200058490A KR20200058490A KR20210141172A KR 20210141172 A KR20210141172 A KR 20210141172A KR 1020200058490 A KR1020200058490 A KR 1020200058490A KR 20200058490 A KR20200058490 A KR 20200058490A KR 20210141172 A KR20210141172 A KR 20210141172A
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손용국
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한국생산기술연구원
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Abstract

The present invention relates to a 3D printer capable of liquid direct lamination and a 3D printing method using the same, and more specifically, to the 3D printer and the 3D printing method using the same, wherein a step difference between layers are small, shape lamination is freely possible, and liquid direct lamination is possible without using powder materials. To achieve the purpose, the present invention provides the 3D printer capable of liquid direct lamination, comprising: a dissolution unit which is provided to store a material formed by dissolving a metal raw material; a supply unit which inserts the metal raw material into the dissolution unit; and a nozzle unit which controls the material stored in the dissolution unit to a predetermined solid/liquid mixing region temperature and then directly sprays the same on a plate to be laminated.

Description

액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터 및 이를 이용한 3D 프린팅 방법{A LIQUID DIRECT 3D PRINTER AND 3D PRINTING METHOD USING THE SAME}A 3D printer capable of liquid direct lamination and a 3D printing method using the same

본 발명은 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터 및 이를 이용한 3D 프린팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이어간 단차가 적고, 자유로운 형상 적층이 가능하며, 분말소재를 사용하지 않고 액상의 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터 및 이를 이용한 3D 프린팅 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D printer capable of liquid direct lamination and a 3D printing method using the same, and more particularly, to a 3D printer capable of direct lamination of a liquid without using a powder material, which has a small step difference between layers, enables free shape lamination, and does not use powder materials. It relates to a printer and a 3D printing method using the same.

일반적으로, 3D 프린터는 CAD 프로그램으로 설계한 컴퓨터 파일에서 입체로 된 기계 부품 등을 인쇄하듯 실물모형을 만드는 장치이다.In general, a 3D printer is a device that creates a physical model as if printing three-dimensional mechanical parts from a computer file designed by a CAD program.

3차원 프린터 방식에는 광경화성 수지에 레이저 광선을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(Stereo Lithographic Apparatus)와, SLA에서의 광경화성 수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속 분말을 사용하며 레이저 광선을 주사하여 고결(固結)시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS(Selective Laser Sintering) 등이 있다. In the 3D printer method, SLA (Stereo Lithographic Apparatus) uses the principle that the injected part is cured by injecting a laser beam into the photocurable resin, and a functional polymer or metal powder is used instead of the photocurable resin in SLA and the laser beam is used. There is SLS (Selective Laser Sintering), etc., which uses the principle of injection and consolidation and molding.

이처럼 종래의 금속3D 프린터는 일반적으로, 금속 분말을 분사하고, 금속 분말에 레이저를 조사하여 소결시키는 방식으로 3D 프린팅을 수행하였다.As such, the conventional metal 3D printer generally performs 3D printing in a manner in which a metal powder is sprayed, and a laser is irradiated to the metal powder for sintering.

그러나, 금속 분말을 레이저를 이용하여 적층할 경우 고가의 레이저 장비가 필요하고, 금속 분말을 조사한 뒤에 레이저를 조사하여 소결시켜야 하기 때문에 많은 프린팅에 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.However, when the metal powder is laminated using a laser, expensive laser equipment is required, and after irradiating the metal powder, the laser is irradiated and sintered, so a lot of printing takes a lot of time.

그리고, 레이저를 이용하여 금속 분말을 소결할 때, 기공이 형성되기 때문에 생성된 입체 조형물의 밀도가 낮아져 불량률이 증가하는 문제가 있다.In addition, when the metal powder is sintered using a laser, since pores are formed, the density of the generated three-dimensional object is lowered, thereby increasing the defect rate.

또한, 종래의 3D 프린터는 일방향으로 한층씩만 적층이 가능하여 입체조형물 형성에 많은 시간이 소요되었다.In addition, the conventional 3D printer can stack only one layer in one direction, so it takes a lot of time to form a three-dimensional object.

이에 따라 종래에는 각 층의 높이를 높게 적층하여 시간을 단축하는 방법을 사용하였으나, 이처럼 각 층이 높이를 높게 적층하면 층간 단차가 증가하여 표면이 균일하지 못하고 결함이 발생하는 문제가 있었다.Accordingly, in the prior art, a method of shortening the time by stacking each layer with a high height was used. However, when each layer is stacked with a high height in this way, the step difference between the layers increases, so that the surface is not uniform and there is a problem that a defect occurs.

더욱이, 종래에는 금속 분말을 쌓은 상태에서 레이저 소결을 하였기 때문에, 각 레이어의 두께를 줄이는데 한계가 있었다.Furthermore, since laser sintering was performed in a state in which metal powder was piled up in the prior art, there was a limit in reducing the thickness of each layer.

따라서, 레이어간 단차가 적고, 자유로운 형상 적층이 가능하며, 낮은 밀도로 인한 불량률이 적은 3D 프린터가 필요하다.Therefore, there is a need for a 3D printer that has a small step difference between layers, can stack shapes freely, and has a low defect rate due to low density.

한국등록특허 제1646773호Korean Patent No. 1646773

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 레이어간 단차가 적고, 자유로운 형상 적층이 가능하며, 분말소재를 사용하지 않고 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터 및 이를 이용한 3D 프린팅 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a 3D printer that has a small step difference between layers, allows free shape lamination, and enables liquid direct lamination without using a powder material, and a 3D printing method using the same.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 금속 원료를 용해하여 형성된 소재를 저장하도록 마련된 용해부; 상기 용해부에 상기 금속 원료를 투입하는 공급부; 및 상기 용해부에 저장된 소재를 기설정된 고/액 혼합 영역 온도로 제어하여 플레이트에 직접 분사하여 적층하도록 마련된 노즐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object includes a dissolving unit provided to store a material formed by dissolving a metal raw material; a supply unit for introducing the metal raw material into the dissolution unit; and a nozzle unit provided to directly spray and laminate the material stored in the dissolving unit to a preset solid/liquid mixing region temperature to provide a 3D printer capable of liquid direct lamination.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 용해부는, 상기 공급부로부터 상기 금속 원료를 제공받고, 상기 금속 원료가 용해된 상태의 소재를 저장하도록 마련된 용해보온로; 및 상기 용해보온로에서 공급된 액상금속을 적절한 온도와 압력으로 분사할 수 있는 노즐부 포함하는 것을 특징으로 할수 있다In an embodiment of the present invention, the dissolution unit, receiving the metal raw material from the supply unit, the melting heating furnace provided to store the material in a state in which the metal raw material is dissolved; and a nozzle unit capable of spraying the liquid metal supplied from the melting and keeping furnace at an appropriate temperature and pressure.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 노즐부는, 상기 소재가 고체와 액체가 혼합된 상태가 되게 상기 금속 원료의 온도를 기설정된 고/액 혼합 영역 온도로 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the nozzle unit may control the temperature of the metal raw material to a preset solid/liquid mixing region temperature so that the raw material is in a state in which a solid and a liquid are mixed.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 고/액 혼합 영역 온도는, 금속을 이루는 물질의 종류 및 상기 소재가 상기 플레이트에 분사되어 적층되었을 때 기설정된 시간 내에 응고될 수 있게 하는 고체상과 액체상의 비율 범위에 따라 기설정된 온도 값인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the solid/liquid mixing region temperature is a range of the type of material constituting the metal and the ratio range of the solid phase and the liquid phase that allows the material to be solidified within a preset time when the material is sprayed and laminated on the plate It may be characterized as a preset temperature value according to

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 노즐부는, 상기 용해부에 저장된 상기 소재를 상기 플레이트에 직접 분사하여 적층하도록 마련된 복수의 노즐로 마련되어, 동시에 복수의 층을 적층할 수 있도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the nozzle unit is provided with a plurality of nozzles provided to directly spray and laminate the material stored in the dissolving unit on the plate, and may be characterized in that it is provided to laminate a plurality of layers at the same time. have.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 노즐은, 상기 플레이트로부터의 이격 거리가 조절 가능하게 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the plurality of nozzles may be characterized in that the separation distance from the plate is adjustable.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 노즐은, 상기 소재의 적층 방향을 기준으로, 전방에 있는 상기 노즐부터 후방에 위치한 상기 노즐까지 플레이트와의 이격 거리가 점차 증가하도록 마련되되, 각각의 노즐이 적층면과의 거리가 일정하도록 독립적으로 높이가 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the plurality of nozzles are provided such that the separation distance from the plate gradually increases from the nozzle in the front to the nozzle located in the rear, based on the stacking direction of the material, each nozzle It may be characterized in that the height is independently controlled so that the distance from the lamination surface is constant.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 노즐부의 온도를 조절할수 있는 가열부를 포함하고 있으며, 상기 노즐부에 결합되도록 마련된 노즐결합부를 더 포함하며, 상기 노즐결합부는, 상기 노즐부를 이루는 복수의 노즐들의 온도, 간격 및 높이를 제어하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, it includes a heating unit capable of adjusting the temperature of the nozzle unit, and further comprises a nozzle coupling unit provided to be coupled to the nozzle unit, wherein the nozzle coupling unit includes a temperature of a plurality of nozzles constituting the nozzle unit. , it may be characterized in that it is provided to control the spacing and height.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 용해부에 저장된 소재와 이송 소재를 용해 및 저장하도록 마련된 이종용해부를 더 포함하며, 상기 노즐부는, 상기 이종용해부에 저장된 이종 소재를 더 분사할 수 있도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, it further comprises a heterogeneous dissolving unit provided to dissolve and store the material stored in the dissolving unit and the transfer material, wherein the nozzle unit is provided to further spray the dissimilar material stored in the dissolving unit can be done with

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법에 있어서, a) 상기 용해부에 금속 원료를 투입하는 단계; b) 상기 금속 원료를 용해하여 상기 소재를 형성하는 단계; 및 c) 상기 소재를 공정에 최적화된 온도로 제어하고 상기 플레이트 상에 직접 분사하여 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법을 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object is a 3D printing method using a 3D printer capable of liquid direct lamination, comprising: a) injecting a metal raw material into the dissolving unit; b) dissolving the metal raw material to form the raw material; and c) controlling the material to a temperature optimized for the process, and directly spraying on the plate for lamination.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 b) 단계는, 상기 소재가 충분한 유동성을 가지며 모든 합금성분이 완전히 용해 혹은 고용된 상태가 되도록 상기 금속 원료를 용해시키는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, step b) may be characterized in that the metal raw material is dissolved so that the material has sufficient fluidity and all alloy components are completely dissolved or dissolved.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계 이전에, 상기 노즐부와 상기 플레이트 사이에 산화 보호가스를 분사하거나 진공상태를 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, before step c), the method may further include spraying an oxidizing protective gas between the nozzle unit and the plate or maintaining a vacuum state.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계에서, 상기 노즐부는 복수의 노즐로 마련되며, 각각의 노즐은 독립적으로 장착된 가열원을 활용하여 고/액 혼합 영역의 온도조절과 함께, 분사 높이, 속도, 시간 및 온/오프가 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step c), the nozzle unit is provided with a plurality of nozzles, and each nozzle utilizes an independently mounted heating source to control the temperature of the solid/liquid mixing area and the injection height , speed, time and on/off may be determined.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 고/액 혼합 영역 온도는, 금속을 이루는 물질의 종류 및 상기 소재가 상기 플레이트에 분사되어 적층되었을 때 기설정된 시간 내에 응고될 수 있게 하는 고체상과 액체상의 비율 범위에 따라 기설정된 온도 값인 것을 특징으로 할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the solid/liquid mixing region temperature is a range of the type of material constituting the metal and the ratio range of the solid phase and the liquid phase that allows the material to be solidified within a preset time when the material is sprayed and laminated on the plate It may be characterized as a preset temperature value according to

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터에 의해 제조된 3D 조형물을 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object provides a 3D sculpture manufactured by a 3D printer capable of liquid direct lamination.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법에 의해 제조된 입체조형물을 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object provides a three-dimensional object manufactured by a 3D printing method using a 3D printer capable of liquid direct lamination.

상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 한번에 여러층을 동시에 적층하는 것이 가능하기 때문에, 3D 프린팅 시간이 종래에 비해 크게 단축될 수 있다.The effect of the present invention according to the configuration as described above, since it is possible to laminate several layers at once at the same time, the 3D printing time can be significantly shortened compared to the prior art.

또한, 소재가 분사되는 즉시 적층되어 응고되기 때문에 레이저가 필요하지 않아 경제적이다.In addition, since the material is laminated and solidified as soon as it is sprayed, a laser is not required, which is economical.

또한, 금속 분말이 아닌 액상 상태의 소재를 분사하여 적층하기 때문에 레이어의 두께가 얇아질 수 있어 레이어간 단차가 감소될 수 있다.In addition, since the layer is laminated by spraying a material in a liquid state rather than a metal powder, the thickness of the layer may be reduced, and thus the step difference between the layers may be reduced.

또한, 레이저를 이용한 소결을 하지 않기 때문에 기공으로 인한 밀도 저하 문제가 발생하지 않아 높은 품질의 입체 조형물을 형성할 수 있다.In addition, since sintering using a laser is not performed, a problem of decreasing density due to pores does not occur, so that a high-quality three-dimensional object can be formed.

또한, 본 발명에 따르면 복수의 노즐을 복수의 행과 열을 이루도록 구비하여 동시에 토출하여 적층을 할 수 있고, 각 노즐을 독립적으로 토출 여부를 제어할 수 있기 때문에 자유로운 형상 적층이 가능하다. 즉, 각 층의 너비를 한번의 움직임으로 쉽게 조절이 가능할 수 있다.In addition, according to the present invention, a plurality of nozzles are provided so as to form a plurality of rows and columns so that they can be simultaneously discharged and stacked, and since each nozzle can be independently controlled whether or not to be discharged, free shape stacking is possible. That is, the width of each layer can be easily adjusted with one movement.

또한, 노즐이 적층면에 초근접된 상태로 적층하되, 각 노즐과 적층면 사이의 거리가 일정하게 조절되어 형상 불량률이 감소될 수 있다.In addition, although the nozzles are stacked in an ultra-close proximity to the stacking surface, the distance between each nozzle and the stacking surface is uniformly adjusted to reduce the shape defect rate.

또한, 본 발명은 산화보호가스 나 진공분위기를 통해 쉽게 산화하는 액체 상의 소재가 산화되지 않고 분사 및 적층되도록 할 수 있다.In addition, according to the present invention, a material in a liquid phase that is easily oxidized through an oxidation protective gas or a vacuum atmosphere can be sprayed and laminated without being oxidized.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐부의 횡단면을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 노즐부의 높이 차를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고/액 혼합 영역을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법의 공정 예시도이다.
1 is an exemplary diagram of a 3D printer capable of liquid direct lamination according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view showing a cross section of a nozzle unit according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary view illustrating a height difference of a nozzle unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a solid/liquid mixing area according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary diagram of a 3D printer capable of liquid direct lamination according to another embodiment of the present invention.
6 is a flowchart of a 3D printing method using a 3D printer capable of liquid direct lamination according to an embodiment of the present invention.
7 is a process exemplary diagram of a 3D printing method using a 3D printer capable of liquid direct lamination according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in several different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected (connected, contacted, coupled)” with another part, it is not only “directly connected” but also “indirectly connected” with another member interposed therebetween. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further provided without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터의 예시도이다.1 is an exemplary diagram of a 3D printer capable of liquid direct lamination according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 것처럼, 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터(100)는 용해부(110), 공급부(120), 노즐부(130), 노즐결합부(140) 및 가열부(150)를 포함한다.As shown in FIG. 1 , the 3D printer 100 capable of liquid direct lamination includes a dissolving unit 110 , a supply unit 120 , a nozzle unit 130 , a nozzle coupling unit 140 , and a heating unit 150 . .

상기 용해부(110)는 금속 원료를 용해하여 형성된 소재를 저장하도록 마련되며, 용해보온로(111) 및 히터(112)를 포함한다.The melting unit 110 is provided to store a material formed by melting a metal raw material, and includes a melting heating furnace 111 and a heater 112 .

상기 용해보온로(111)는 상기 공급부(120)로부터 상기 금속 원료를 제공받고, 상기 금속 원료가 용해된 상태의 소재를 저장하도록 마련될 수 있다.The melting heating furnace 111 may be provided to receive the metal raw material from the supply unit 120 and to store the metal raw material in a dissolved state.

상기 히터(112)는 상기 용해보온로(111)에 형성되며, 상기 용해보온로(111)에 제공된 상기 금속 원료를 완전히 용해시키도록 마련될 수 있다.The heater 112 is formed in the melting and keeping furnace 111 , and may be provided to completely dissolve the metal raw material provided to the melting and warming furnace 111 .

상기 공급부(120)는 상기 용해부(110)에 상기 금속 원료를 투입하도록 마련될 수 있다.The supply unit 120 may be provided to inject the metal raw material into the dissolving unit 110 .

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐부의 횡단면을 나타낸 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 노즐부의 높이 차를 나타낸 예시도이다.2 is an exemplary view showing a cross section of a nozzle unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an exemplary view showing a height difference of the nozzle unit according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 노즐부(130)는 상기 용해부(110)에 저장된 소재를 플레이트에 직접 분사하여 적층하도록 마련될 수 있다.1 to 3 , the nozzle unit 130 may be provided so that the material stored in the dissolving unit 110 is directly sprayed onto the plate to be laminated.

상기 노즐부(130)는 상기 용해부(110)에 저장된 상기 소재를 상기 플레이트(10)에 직접 분사하여 적층하도록 마련된 복수의 노즐로 마련되어, 동시에 복수의 층을 적층할 수 있도록 마련될 수 있다.The nozzle unit 130 may be provided with a plurality of nozzles provided to directly spray and laminate the material stored in the dissolving unit 110 on the plate 10 , and may be provided to stack a plurality of layers at the same time.

그리고, 상기 복수의 노즐은, 상기 플레이트(10)로부터의 이격 거리가 조절 가능하게 마련될 수 있다.In addition, the plurality of nozzles may be provided so that a separation distance from the plate 10 is adjustable.

구체적으로, 상기 복수의 노즐은, 상기 소재의 적층 방향을 기준으로, 전방에 있는 상기 노즐부터 후방에 위치한 상기 노즐까지 플레이트(10)와의 이격 거리가 점차 증가하도록 마련되되, 각각의 노즐이 적층면과의 거리가 일정하도록 독립적으로 높이가 제어되도록 마련될 수 있다.Specifically, the plurality of nozzles are provided such that the separation distance from the plate 10 from the nozzle located at the front to the nozzle located at the rear gradually increases based on the stacking direction of the material, and each nozzle is disposed on the stacking surface It may be provided so that the height is independently controlled so that the distance from the pole is constant.

일 예로, 본 발명의 일실시예에 따른 노즐부(130)는 소재의 적층 방향을 기준으로 전방에 있는 노즐부터 제1 노즐(131), 제2 노즐(132), 제3 노즐(133), 제4 노즐(134), 제5 노즐(135)을 포함할 수 있으며, 복수의 행과 열을 갖도록 형성될 수 있다.For example, the nozzle unit 130 according to an embodiment of the present invention includes a first nozzle 131, a second nozzle 132, a third nozzle 133, The fourth nozzle 134 and the fifth nozzle 135 may be included, and may be formed to have a plurality of rows and columns.

이때, 상기 노즐부(130)의 노즐의 개수 및 배열은 상기 노즐부(130)의 설명을 보다 쉽게 이해시키기 위해 구체화한 것으로 기재된 바 및 도시된 바에 따라 한정되지 않는다.At this time, the number and arrangement of the nozzles of the nozzle unit 130 are not limited as described and illustrated as detailed in order to more easily understand the description of the nozzle unit 130 .

상기 제1 노즐(131), 제2 노즐(132), 제3 노즐(133), 제4 노즐(134), 제5 노즐(135)은 동시에 소재를 분사하여 적층하도록 마련될 수 있다.The first nozzle 131 , the second nozzle 132 , the third nozzle 133 , the fourth nozzle 134 , and the fifth nozzle 135 may be provided to simultaneously spray and stack materials.

이때, 상기 제1 노즐(131), 제2 노즐(132), 제3 노즐(133), 제4 노즐(134), 제5 노즐(135)은 독립적으로 온/오프되며, 분사 속도, 분사 시간 등이 제어되도록 마련될 수 있다.At this time, the first nozzle 131 , the second nozzle 132 , the third nozzle 133 , the fourth nozzle 134 , and the fifth nozzle 135 are independently turned on/off, and the injection speed and the injection time The like may be provided to be controlled.

또한, 상기 제1 노즐(131), 제2 노즐(132), 제3 노즐(133), 제4 노즐(134), 제5 노즐(135) 순으로 플레이트(10)와의 거리가 증가하도록 높이가 제어될 수 있다. 이때, 각각의 노즐과 적층면과의 거리는 동일하게 마련될 수 있다. 즉, 제1 노즐(131)과 플레이트(10) 상의 거리는 제2 노즐(132)과 제1 노즐에 의해 적층된 레이어상의 거리가 동일하게 노즐의 높이가 제어될 수 있다.In addition, the height of the first nozzle 131 , the second nozzle 132 , the third nozzle 133 , the fourth nozzle 134 , and the fifth nozzle 135 increases so that the distance from the plate 10 increases in the order. can be controlled. In this case, the distance between each nozzle and the lamination surface may be the same. That is, the height of the nozzle may be controlled so that the distance between the first nozzle 131 and the plate 10 is the same as the distance between the second nozzle 132 and the layer stacked by the first nozzle.

그리고, 제1 노즐(131), 제2 노즐(132), 제3 노즐(133), 제4 노즐(134), 제5 노즐(135)은 가능한한 적층면과 근접한 상태로 소재를 분사하여 형상불량률을 감소시키도록 마련될 수 있다.In addition, the first nozzle 131 , the second nozzle 132 , the third nozzle 133 , the fourth nozzle 134 , and the fifth nozzle 135 are shaped by spraying the material in a state as close to the stacking surface as possible. It may be provided to reduce the defect rate.

각 노즐부에는 독립적인 가열원인 가열부(150)와 연결되어 노즐부의 온도를 제어할수 있게 할 수 있다.Each nozzle unit may be connected to a heating unit 150 which is an independent heating source to control the temperature of the nozzle unit.

상기 노즐결합부(140)는 상기 노즐부(130)에 결합되도록 마련되며, 상기 노즐부(130)를 이루는 복수의 노즐들의 간격 및 높이를 제어하도록 마련될 수 있다. The nozzle coupling unit 140 may be provided to be coupled to the nozzle unit 130 , and may be provided to control the spacing and height of a plurality of nozzles constituting the nozzle unit 130 .

그리고, 상기 노즐부(130)는 가열부(150)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 가열부(150)는 상기 노즐결합부(140)에 마련되어 상기 노즐부(130)의 각 노즐에 포함된 소재의 온도를 제어하도록 마련될 수 있다.In addition, the nozzle unit 130 may include a heating unit 150 . In this case, the heating unit 150 may be provided in the nozzle coupling unit 140 to control the temperature of the material included in each nozzle of the nozzle unit 130 .

상기 가열부(150)는, 용해된 상태로 상기 노즐부로 이송된 소재가 고체와 액체가 혼합된 상태로 분사될 수 있도록 온도를 제어하도록 마련될 수 있다 The heating unit 150 may be provided to control the temperature so that the material transferred to the nozzle unit in a dissolved state can be sprayed in a state in which a solid and a liquid are mixed.

이를 위해, 상기 가열부(150)는 상기 금속 원료를 효율적으로 분사하기 위한 용해 온도를 기설정된 고/액 혼합 영역 온도 범위 내로 제어하도록 마련될 수 있다.To this end, the heating unit 150 may be provided to control the melting temperature for efficiently spraying the metal raw material within a preset solid/liquid mixing region temperature range.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고/액 혼합 영역을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing a solid/liquid mixing area according to an embodiment of the present invention.

도 4의 횡축은 금속 원료 금속 비율을 나타내며, 종축은 온도를 나타낸다.4 , the horizontal axis represents the metal raw material ratio, and the vertical axis represents the temperature.

도 4를 더 참조하면, 상기 고/액 혼합 영역 온도는, 금속을 이루는 물질의 종류 및 상기 소재가 상기 플레이트에 분사되어 적층되었을 때 기설정된 시간 내에 응고될 수 있게 하는 고체상과 액체상의 비율 범위에 따라 기설정된 온도 값일 수 있다.4, the solid/liquid mixing region temperature is in the range of the ratio of the solid phase and the liquid phase that allows the type of material constituting the metal and the material to be solidified within a predetermined time when the material is sprayed and laminated on the plate. It may be a preset temperature value.

따라서, 금속 소재를 용해할 때, 합금성분을 이루는 물질의 종류인 합금 비율에 따라 소재가 상기 플레이트에 분사되어 적층되었을 때 기설정된 시간 내에 응고될 수 있게 하는 고체와 액체가 공존하는 영역인 고/액 혼합 영역에 위치하도록 상기 금속 분말의 용해온도가 제어되도록 마련될 수 있다.Therefore, when dissolving a metal material, the high / It may be provided so that the dissolution temperature of the metal powder is controlled so as to be located in the liquid mixing region.

이처럼 도 4에 표시된 고/액 혼합 영역에 위치하도록 용해 온도가 설정된 소재는 고체와 액체가 혼재되어 분사되어 적층된 형태 그대로 기설정된 시간 내에 응고되어 입체 조형물을 형성하게 할 수 있다.As such, the material whose dissolution temperature is set to be located in the solid/liquid mixing region shown in FIG. 4 is a mixture of solid and liquid, sprayed, and solidified within a preset time as it is in a laminated form to form a three-dimensional sculpture.

상기 금속 원료는 알루미늄, 마그네슘, 규소, 구리 아연 등의 금속 물질들을 포함하며, 상기 금속원료는 순수한 단일종의 금속 또는 합금으로 마련될 수 있다.The metal raw material includes metal materials such as aluminum, magnesium, silicon, copper zinc, and the like, and the metal raw material may be prepared as a single pure metal or alloy.

한편, 상기 노즐부(130)가 상기 소재를 분사할 때, 상기 플레이트(10)와 상기 노즐부(130) 사이의 공간에는 산화 보호가스가 분사된 상태나 진공상태일 수 있다.On the other hand, when the nozzle unit 130 injects the material, the space between the plate 10 and the nozzle unit 130 may be in a state in which an oxidation protective gas is injected or in a vacuum state.

구체적으로, 상기 노즐부(130)에 의해 분사되는 상기 소재는 액상이 혼합되어 있다. 이처럼 액상 금속은 쉽게 공기중에 산소에 의해 산화되어 산화물을 형성하게 될 수 있다.Specifically, the material sprayed by the nozzle unit 130 is mixed with a liquid phase. As such, the liquid metal can be easily oxidized by oxygen in the air to form an oxide.

따라서, 산화 보호가스 분위기 또는 진공 분위기에서 상기 소재를 분사하도록 마련되어 산화로 인한 적층 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.Therefore, it is provided to spray the material in an oxidizing protective gas atmosphere or a vacuum atmosphere, and it is possible to prevent stacking failure due to oxidation.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터의 예시도이다.5 is an exemplary diagram of a 3D printer capable of liquid direct lamination according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 다른 실시예에 따른 액상 다이렉트 적층이 가능한3D 프린터(200)는 용해부(210), 공급부(미도시), 이종용해부(220), 노즐부(230), 노즐결합부(240) 및 가열부(250)를 포함한다.5, the 3D printer 200 capable of liquid direct lamination according to another embodiment has a dissolving unit 210, a supply unit (not shown), a heterogeneous dissolving unit 220, a nozzle unit 230, a nozzle coupling unit ( 240 ) and a heating unit 250 .

용해부(210), 공급부(미도시), 노즐부(230), 노즐결합부(240) 및 가열부(250)는 일실시예에 따른 액상 다이렉트 적층이 가능한3D 프린터(100)와 실질적으로 구성이 동일하기 때문에 중복 설명은 생략하고 차이가 있는 이종용해부(220) 구성에 대해서만 설명하도록 한다.The dissolving unit 210, the supply unit (not shown), the nozzle unit 230, the nozzle coupling unit 240 and the heating unit 250 are substantially configured with the 3D printer 100 capable of liquid direct lamination according to an embodiment. Since these are the same, duplicate description will be omitted and only the configuration of the heterogeneous dissolving unit 220 with a difference will be described.

상기 이종용해부(220)는 상기 용해부(210)에 저장된 소재와 이송 소재를 저장하도록 마련될 수 있다.The heterogeneous dissolving unit 220 may be provided to store the material stored in the dissolving unit 210 and the transfer material.

그리고, 상기 노즐부(230)는, 상기 이종용해부(220)에 저장된 이종 소재를 더 분사할 수 있도록 마련될 수 있다.In addition, the nozzle unit 230 may be provided to further spray different materials stored in the heterogeneous dissolving unit 220 .

일 예로, 제1 노즐(231), 제2 노즐(232)은 상기 이종용해부(220)에 저장된 이종 소재를 분사하여 적층하도록 마련되고, 상기 제3 노즐(233), 제4 노즐(234), 제5 노즐(235)은 소재를 분사하여 적층하도록 마련될 수 있다.For example, the first nozzle 231 and the second nozzle 232 are provided to spray and laminate the different materials stored in the heterogeneous melting unit 220, the third nozzle 233, the fourth nozzle 234, The fifth nozzle 235 may be provided to spray and stack the material.

또한, 상기 가열부(250)는 상기 노즐부(230)의 각 노즐에 대응되게 마련되어 소재에 따라 온도를 개별적으로 제어하도록 마련될 수 있다.In addition, the heating unit 250 may be provided to correspond to each nozzle of the nozzle unit 230 to individually control the temperature according to the material.

이처럼 본 발명에 따르면, 복수의 레이어와 이종 소재들을 적층하여 입체 조형물을 신속하게 형성할 수 있다.As described above, according to the present invention, a three-dimensional object can be quickly formed by stacking a plurality of layers and different materials.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법의 순서도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법의 공정 예시도이다.6 is a flowchart of a 3D printing method using a 3D printer capable of liquid direct lamination according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a 3D printing method using a 3D printer capable of liquid direct lamination according to an embodiment of the present invention. is an example of the process.

도 6 및 도 7을 더 참조하면, 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법은 먼저, 용해부에 금속 원료를 투입하는 단계(S10)를 수행할 수 있다.6 and 7 , the 3D printing method using a 3D printer capable of liquid direct lamination may first perform a step (S10) of injecting a metal raw material into a dissolving unit.

용해부에 금속 원료를 투입하는 단계(S10)에서, 상기 상기 공급부(120)는 상기 용해부(110)에 상기 금속 원료를 투입하도록 마련될 수 있다.In the step (S10) of injecting the metal raw material into the dissolving unit, the supply unit 120 may be provided to inject the metal raw material into the dissolving unit 110 .

용해부에 금속 원료를 투입하는 단계(S10) 이후에는, 금속 원료를 용해하여 소재를 형성하는 단계(S20)를 수행할 수 있다.After the step (S10) of injecting the metal raw material into the melting part, the step (S20) of dissolving the metal raw material to form a material may be performed.

금속 원료를 용해하여 소재를 형성하는 단계(S20) 이후에는, 노즐부와 플레이트 사이에 산화 보호가스를 분사하거나 진공을 형성하는 단계(S30)를 수행할 수 있다.After the step (S20) of dissolving the metal raw material to form the material, the step (S30) of spraying an oxidizing protective gas or forming a vacuum between the nozzle unit and the plate may be performed.

구체적으로, 상기 노즐부(130)에 의해 분사되는 상기 소재는 액상이 혼합되어 있다. 이처럼 액상 금속은 쉽게 공기중에 산소에 의해 산화되어 산화물을 형성하게 될 수 있다.Specifically, the material sprayed by the nozzle unit 130 is mixed with a liquid phase. As such, the liquid metal can be easily oxidized by oxygen in the air to form an oxide.

따라서, 노즐부와 플레이트 사이에 산화 보호가스를 분사하는 단계(S30)에서, 산화 보호가스를 분사함으로 이후 단계에서 산화 보호가스 분위기 내에서 상기 소재를 분사하도록 마련되어 산화로 인한 적층 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 진공상태를 유지할수도 있다Therefore, in the step (S30) of spraying the oxidation protection gas between the nozzle unit and the plate, the oxidation protection gas is sprayed to spray the material in the oxidation protection gas atmosphere in a subsequent step, so that the stacking failure due to oxidation occurs. can be prevented It can also maintain a vacuum

노즐부와 플레이트 사이에 산화 보호가스를 분사하는 단계(S30) 이후에는, 소재를 플레이트 상에 직접 분사하여 적층하는 단계(S40)를 수행할 수 있다.After the step of spraying the oxidizing protective gas between the nozzle unit and the plate (S30), the step of laminating the material by directly spraying it on the plate (S40) may be performed.

금속 원료를 분사하여 적층하는 단계에서는, 상기 소재가 고체와 액체가 혼합된 상태가 되게 할 수 있으며. 이를 위해, 상기 금속 원료를 기설정된 고/액 혼합 영역 온도 범위 내로 제어되도록 마련될 수 있다.In the step of laminating by spraying the metal raw material, the material may be in a state in which a solid and a liquid are mixed. To this end, the metal raw material may be provided to be controlled within a preset solid/liquid mixing region temperature range.

여기서, 상기 고/액 혼합 영역 온도는, 금속을 이루는 물질의 종류 및 상기 소재가 상기 플레이트에 분사되어 적층되었을 때 기설정된 시간 내에 경화될 수 있게 하는 고체상과 액체상의 비율 범위에 따라 기설정된 온도 값일 수 있다.Here, the solid/liquid mixing region temperature is a predetermined temperature value according to the type of material constituting the metal and the ratio range of the solid phase and the liquid phase that allows the material to be cured within a predetermined time when the material is sprayed and laminated on the plate. can

소재를 플레이트 상에 직접 분사하여 적층하는 단계(S40)에서, 각각의 노즐은 독립적으로 분사 높이, 속도, 시간 및 온/오프가 결정될 수 있다.In the step (S40) of spraying and stacking the material directly on the plate, each nozzle may independently determine the spray height, speed, time, and on/off.

이처럼 복수의 행과 열을 이루는 각 노즐이 독립적으로 온/오프 됨에 따라, 각 층을 적층할 때 각 층의 폭과 높이를 동시에 제어하기 용이하다.As each nozzle constituting a plurality of rows and columns is turned on/off independently, it is easy to simultaneously control the width and height of each layer when stacking each layer.

전술한 바와 같이 마련된 본 발명은, 한번에 여러층을 동시에 적층하는 것이 가능하기 때문에, 3D 프린팅 시간이 종래에 비해 크게 단축될 수 있다.According to the present invention prepared as described above, since it is possible to laminate several layers at the same time, the 3D printing time can be significantly shortened compared to the prior art.

또한, 소재가 분사되는 즉시 적층되어 응고되기 때문에 레이저가 필요하지 않아 경제적이다.In addition, since the material is laminated and solidified as soon as it is sprayed, a laser is not required, which is economical.

또한, 금속 분말이 아닌 고/액 상태의 소재를 분사하여 적층하기 때문에 레이어의 두께가 얇아질 수 있어 레이어간 단차가 감소될 수 있다. 구체적으로, 종래의 금속 분말을 레이저 소결하여 적층하는 방법의 경우, 레이어간 단차가 최소 1mm 이상이고, 각 레이어의 두께가 최소 300μm 이상이었으나, 본 발명에 따르면, 레이어간 단차가 최소 10μm 이상이고, 각 레이어의 두께도 최소 30μm 이상으로 줄일 수 있다.In addition, since the layer is laminated by spraying the solid/liquid material rather than the metal powder, the thickness of the layer may be reduced, and thus the step difference between the layers may be reduced. Specifically, in the case of the conventional method of laminating metal powder by laser sintering, the step difference between the layers is at least 1 mm and the thickness of each layer is at least 300 μm, but according to the present invention, the step difference between the layers is at least 10 μm or more, The thickness of each layer can also be reduced to at least 30 μm.

또한, 레이저를 이용한 소결을 하지 않기 때문에 기공으로 인한 밀도 저하 문제가 발생하지 않아 높은 품질의 입체 조형물을 형성할 수 있다.In addition, since sintering using a laser is not performed, a problem of density reduction due to pores does not occur, and a high-quality three-dimensional object can be formed.

또한, 본 발명에 따르면 복수의 노즐을 복수의 행과 열을 이루도록 구비하여 동시에 분사하여 적층을 할 수 있고, 각 노즐을 독립적으로 분사 여부를 제어할 수 있기 때문에 자유로운 형상 적층이 가능하다. 즉, 각 층의 너비를 한번의 움직임으로 쉽게 조절이 가능하다.In addition, according to the present invention, a plurality of nozzles are provided so as to form a plurality of rows and columns so that they can be sprayed at the same time to be stacked, and since each nozzle can be independently controlled whether to spray or not, free shape stacking is possible. That is, the width of each layer can be easily adjusted with one movement.

또한, 노즐이 적층면에 초근접된 상태로 적층하되, 각 노즐과 적층면 사이의 거리가 일정하게 조절되어 형상 불량률이 감소될 수 있다.In addition, although the nozzles are stacked in an ultra-close proximity to the stacking surface, the distance between each nozzle and the stacking surface is uniformly adjusted to reduce the shape defect rate.

또한, 본 발명은 산화보호가스나 진공분위기를 통해 쉽게 산화하는 액체 상의 소재가 산화되지 않고 분사 및 적층되도록 할 수 있다.In addition, the present invention can make the material in the liquid phase, which is easily oxidized through an oxidation protective gas or a vacuum atmosphere, sprayed and laminated without being oxidized.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 플레이트
100: 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터
110: 용해부
111: 용해보온로
112: 히터
120: 공급부
130: 노즐부
131: 제1 노즐
132: 제2 노즐
133: 제3 노즐
134: 제4 노즐
135: 제5 노즐
140: 노즐결합부
150: 가열부
200: 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터
210: 용해부
211: 용해보온로
212: 히터
220: 이종용해부
221: 용해보온로
222: 히터
230: 노즐부
231: 제1 노즐
232: 제2 노즐
233: 제3 노즐
234: 제4 노즐
235: 제5 노즐
240: 노즐결합부
250: 가열부
10: plate
100: 3D printer capable of liquid direct lamination
110: dissolution unit
111: melting heating furnace
112: heater
120: supply unit
130: nozzle unit
131: first nozzle
132: second nozzle
133: third nozzle
134: fourth nozzle
135: fifth nozzle
140: nozzle coupling part
150: heating unit
200: 3D printer capable of liquid direct lamination
210: dissolution unit
211: melting heating furnace
212: heater
220: Lee Jong-yong
221: melting heating furnace
222: heater
230: nozzle unit
231: first nozzle
232: second nozzle
233: third nozzle
234: fourth nozzle
235: fifth nozzle
240: nozzle coupling part
250: heating unit

Claims (16)

금속 원료를 용해하여 형성된 소재를 저장하도록 마련된 용해부;
상기 용해부에 상기 금속 원료를 투입하는 공급부; 및
상기 용해부에 저장된 소재를 기설정된 고/액 혼합 영역 온도로 제어하여 플레이트에 직접 분사하는 방식으로 적층하도록 마련된 노즐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터.
a dissolving unit provided to store a material formed by dissolving a metal raw material;
a supply unit for introducing the metal raw material into the dissolution unit; and
3D printer capable of liquid direct lamination, comprising a nozzle unit provided to stack the material stored in the dissolving unit at a preset solid/liquid mixing region temperature to directly spray it onto the plate.
제 1 항에 있어서,
상기 용해부는,
상기 공급부로부터 상기 금속 원료를 제공받고, 상기 금속 원료가 용해된 상태의 소재를 저장하도록 마련된 용해보온로; 및
상기 용해보온로에 형성되며, 상기 용해보온로에 제공된 금속 원료를 용해시키도록 마련된 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터.
The method of claim 1,
The dissolving part,
a melting heating furnace provided to receive the metal raw material from the supply unit and to store the metal raw material in a dissolved state; and
3D printer capable of liquid direct lamination, characterized in that it is formed in the melting furnace and includes a heater provided to melt the metal raw material provided to the melting furnace.
제 1 항에 있어서,
상기 노즐부는,
상기 소재가 고체와 액체가 혼합된 상태가 되도록 상기 플레이트에 직접 분사되는 상기 소재의 온도를 상기 고/액 혼합 영역 온도로 제어하는 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터.
The method of claim 1,
The nozzle unit,
3D printer capable of liquid direct lamination, characterized in that it comprises a heating unit for controlling the temperature of the material directly sprayed on the plate to the solid/liquid mixing region temperature so that the material is in a state in which the solid and the liquid are mixed.
제 1 항에 있어서,
상기 고/액 혼합 영역 온도는,
금속을 이루는 물질의 종류 및 상기 소재가 상기 플레이트에 분사되어 적층되었을 때 기설정된 시간 내에 응고될 수 있게 하는 고체상과 액체상의 비율 범위에 따라 기설정된 온도 값인 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터.
The method of claim 1,
The solid/liquid mixing region temperature is
3D printer capable of liquid direct lamination, characterized in that it is a preset temperature value according to the type of the material constituting the metal and the ratio range of the solid and liquid phase that allows the material to be solidified within a preset time when the material is sprayed and laminated on the plate .
제 1 항에 있어서,
상기 노즐부는,
상기 용해부에서 공급되는 상기 소재를 기 설정된 온도와 압력을 유지하며 상기 플레이트에 직접 분사하여 적층하도록 마련된 복수의 노즐로 마련되어, 동시에 복수의 층을 적층할 수 있도록 마련된 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터.
The method of claim 1,
The nozzle unit,
Liquid direct lamination, characterized in that it is provided with a plurality of nozzles provided to directly spray and laminate the material supplied from the dissolving unit to the plate while maintaining a preset temperature and pressure, and to laminate a plurality of layers at the same time Possible 3D printer.
제 5 항에 있어서,
상기 복수의 노즐은,
상기 플레이트로부터의 이격 거리가 조절 가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터.
6. The method of claim 5,
The plurality of nozzles,
3D printer capable of liquid direct lamination, characterized in that the separation distance from the plate is adjustable.
제 6 항에 있어서,
상기 복수의 노즐은,
상기 소재의 적층 방향을 기준으로, 전방에 있는 상기 노즐부터 후방에 위치한 상기 노즐까지 플레이트와의 이격 거리가 점차 증가하도록 마련되되,
각각의 노즐이 적층면과의 거리가 일정하도록 독립적으로 높이가 제어되는 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터.
7. The method of claim 6,
The plurality of nozzles,
Based on the stacking direction of the material, it is provided such that the separation distance from the plate is gradually increased from the nozzle in the front to the nozzle located in the rear,
3D printer capable of liquid direct lamination, characterized in that the height of each nozzle is independently controlled so that the distance from the lamination surface is constant.
제 5 항에 있어서,
상기 노즐부는,
상기 복수의 노즐이 결합되도록 마련된 노즐결합부를 더 포함하며,
상기 노즐결합부는,
상기 노즐부를 이루는 복수의 노즐들의 간격 및 높이를 제어하도록 마련된 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터.
6. The method of claim 5,
The nozzle unit,
Further comprising a nozzle coupling portion provided to be coupled to the plurality of nozzles,
The nozzle coupling part,
3D printer capable of liquid direct lamination, characterized in that it is provided to control the spacing and height of the plurality of nozzles constituting the nozzle unit.
제 1 항에 있어서,
상기 용해부에 저장된 소재와 이송 소재를 저장하도록 마련된 이종용해부를 더 포함하며,
상기 노즐부는,
상기 이종용해부에 저장된 이종 소재를 더 분사할 수 있도록 마련된 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터.
The method of claim 1,
It further comprises a heterogeneous dissolving unit provided to store the material stored in the dissolving unit and the transfer material,
The nozzle unit,
3D printer capable of liquid direct lamination, characterized in that it is provided to further spray different materials stored in the heterogeneous dissolving unit.
제 1 항에 따른 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법에 있어서,
a) 상기 용해부에 금속 원료를 투입하는 단계;
b) 상기 금속 원료를 용해하여 상기 소재를 형성하는 단계; 및
c) 상기 소재를 상기 플레이트 상에 직접 분사하여 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법.
In the 3D printing method using the 3D printer capable of liquid direct lamination according to claim 1,
a) adding a metal raw material to the melting part;
b) dissolving the metal raw material to form the raw material; and
c) 3D printing method using a 3D printer capable of liquid direct lamination, comprising the step of directly spraying and laminating the material on the plate.
제 10 항에 있어서,
상기 c) 단계에서,
상기 소재는 고체와 액체가 혼합된 상태가 되도록 기설정된 고/액 혼합 영역 온도로 제어되어 분사되는 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법.
11. The method of claim 10,
In step c),
3D printing method using a 3D printer capable of liquid direct lamination, characterized in that the material is sprayed while being controlled to a preset solid/liquid mixing region temperature so that the solid and liquid are mixed.
제 11 항에 있어서,
상기 고/액 혼합 영역 온도는,
금속을 이루는 물질의 종류 및 상기 소재가 상기 플레이트에 분사되어 적층되었을 때 기설정된 시간 내에 응고될 수 있게 하는 고체상과 액체상의 비율 범위에 따라 기설정된 온도 값인 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법.
12. The method of claim 11,
The solid/liquid mixing region temperature is
3D printer capable of liquid direct lamination, characterized in that it is a preset temperature value according to the type of the material constituting the metal and the ratio range of the solid and liquid phase that allows the material to be solidified within a preset time when the material is sprayed and laminated on the plate 3D printing method using
제 10 항에 있어서,
상기 c) 단계 이전에,
상기 노즐부와 상기 플레이트 사이에 산화 보호가스를 분사하거나, 상기 노즐부와 상기 플레이트 사이를 진공상태로 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법.
11. The method of claim 10,
Prior to step c),
3D printing method using a 3D printer capable of liquid direct lamination, characterized in that it further comprises spraying an oxidizing protective gas between the nozzle unit and the plate, or creating a vacuum between the nozzle unit and the plate.
제 10 항에 있어서,
상기 c) 단계에서,
상기 노즐부는 복수의 노즐로 마련되며,
각각의 노즐은 독립적으로 분사 높이, 속도, 시간 및 온/오프가 결정되는 것을 특징으로 하는 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법.
11. The method of claim 10,
In step c),
The nozzle unit is provided with a plurality of nozzles,
Each nozzle is a 3D printing method using a 3D printer capable of liquid direct lamination, characterized in that the injection height, speed, time, and on/off are independently determined.
제 1 항에 따른 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터에 의해 제조된 3D 조형물.
A 3D sculpture manufactured by a 3D printer capable of liquid direct lamination according to claim 1 .
제 10 항에 따른 액상 다이렉트 적층이 가능한 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅 방법에 의해 제조된 입체조형물.A three-dimensional object manufactured by a 3D printing method using a 3D printer capable of liquid direct lamination according to claim 10.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114789497A (en) * 2021-12-31 2022-07-26 广东天凛高新科技有限公司 3D printing wall manufacturing method

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102562205B1 (en) 2021-12-28 2023-08-02 헵시바주식회사 Method for outputting of 3D printer
KR102589111B1 (en) 2021-12-28 2023-10-17 헵시바주식회사 Method for detecting the output error of 3D printer
KR20240102073A (en) 2022-12-23 2024-07-03 헵시바주식회사 Method for Outputting of 3D printer with Material Recycling
KR20240102072A (en) 2022-12-23 2024-07-03 헵시바주식회사 Method for Outputting of 3D printer using Double-sided Recoating Blade

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205237073U (en) * 2015-11-13 2016-05-18 中国地质大学(武汉) Three -dimensional inkjet printer beats printer head
KR101646773B1 (en) 2015-02-12 2016-08-08 윈포시스(주) 3D printer
CN107471630A (en) * 2017-08-31 2017-12-15 北京梦之墨科技有限公司 A kind of 3D printing apparatus and method
KR20180119606A (en) * 2016-03-03 2018-11-02 데스크탑 메탈, 인크. Pneumatic injection of metal for lamination
KR102027168B1 (en) * 2016-05-02 2019-10-02 한국전자통신연구원 Extruder for metal material and 3d printer using the same
CN110306210A (en) * 2019-07-16 2019-10-08 吉林大学 The electrochemistry 3D printing device and Method of printing of metal-base composites part
CN110355370A (en) * 2019-08-09 2019-10-22 宝鸡高新智能制造技术有限公司 A kind of liquid metal 3D printing device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101646773B1 (en) 2015-02-12 2016-08-08 윈포시스(주) 3D printer
CN205237073U (en) * 2015-11-13 2016-05-18 中国地质大学(武汉) Three -dimensional inkjet printer beats printer head
KR20180119606A (en) * 2016-03-03 2018-11-02 데스크탑 메탈, 인크. Pneumatic injection of metal for lamination
KR102027168B1 (en) * 2016-05-02 2019-10-02 한국전자통신연구원 Extruder for metal material and 3d printer using the same
CN107471630A (en) * 2017-08-31 2017-12-15 北京梦之墨科技有限公司 A kind of 3D printing apparatus and method
CN110306210A (en) * 2019-07-16 2019-10-08 吉林大学 The electrochemistry 3D printing device and Method of printing of metal-base composites part
CN110355370A (en) * 2019-08-09 2019-10-22 宝鸡高新智能制造技术有限公司 A kind of liquid metal 3D printing device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114789497A (en) * 2021-12-31 2022-07-26 广东天凛高新科技有限公司 3D printing wall manufacturing method
CN114789497B (en) * 2021-12-31 2023-08-15 广东天凛高新科技有限公司 3D printing wall manufacturing method

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