KR20240022028A - 3d 프린터용 광학모듈 및 이를 포함하는 3d 프린터 - Google Patents
3d 프린터용 광학모듈 및 이를 포함하는 3d 프린터 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 3D 프린터용 광학모듈 및 이를 포함하는 3D 프린터에 관한 것으로, 보호렌즈에 불순물이 점착되는 것을 억제하고, 보호렌즈에 점착된 불순물을 효과적으로 제거하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 3D 프린터용 광학모듈은 챔버 내부의 적층 베드 위에 적층된 원료에 조사되어 상기 원료를 용융시키는 광원 및 상기 광원을 보호하는 보호렌즈를 포함하는 광학부, 및 상기 광원이 상기 원료를 용융시킬 때 발생하는 불순물이 상기 보호 렌즈에 점착되는 것을 억제하는 유동렌즈를 형성하는 유동렌즈부를 포함한다. 유동렌즈부는, 상기 챔버 및 상기 광학부를 연결하며, 외주면에 일정한 간격으로 대칭을 이루며 형성되는 복수의 홀을 포함하는 원통형 관, 및 상기 복수의 홀을 통해 상기 원통형 관의 내부로 가스를 공급하되 상기 가스를 상기 원통형 관의 외주면과 수직한 법선 방향으로 유입시켜 상기 원통형 관의 중심축을 기준으로 축대칭의 층류로 유동렌즈를 형성하는 가스공급기를 포함한다.
Description
본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원료를 적층하고 광원을 기반으로 원료를 용융시키는 방식의 3D 프린터용 광학모듈 및 이를 포함하는 3D 프린터에 관한 것이다.
3D 프린팅 기술은 3차원 공간 안에 인쇄하듯이 조형물을 출력하는 제조기술이다. 초기의 3D 프린팅 기술은 플라스틱 소재에 국한된 용도로 사용되었지만, 현재 3D 프린팅 기술을 나일론, 금속 등의 소재로 범위가 확대되고 휴대전화 케이스부터 자동차 부속품까지 출력할 수 있을 정도로 전 산업 분야에 사용되고 있다.
3D 프린터의 종류로는 노즐을 통해 뜨거운 원료를 녹여 압출하는 FDM(Fused Deposition Modeling)방식, 광원을 기반으로 하여 액상 원료를 경화시키는 SLA(Stereo Lithography Apparatus)방식, DLP(Digital Light Processing)방식, 및 광원을 기반으로 분말 원료를 용융시키는 SLM(Selective Laser Melting)방식, DED(Directed Energy Deposition)방식 등이 있다.
예를 들어, SLM방식은 분말 원료를 얇게 깔고, 고출력 레이저를 분말에 조사해 용융시키는 방식을 사용한다.
이와 같이, 광원으로 분말 원료를 용융시키는 방식의 3D 프린터는 원료를 용융시키는 과정에서 불순물이 발생하여 조형물의 품질을 저하시킬 수 있다.
이를 해결하기 위해 종래기술은 3D 프린터의 적층 베드 근처에서 유동을 발생시켜 불순물이 배출되도록 하였다. 대다수의 불순물은 보호렌즈에 도달하기 전에 제거되지만, 일부는 보호렌즈에 점착되어 광원의 조사 초점에 오류를 발생시키거나 3D 프린팅 공정의 모니터링 데이터에 노이즈를 발생시킬 수 있다. 또한, 보호렌즈의 표면에 불순물이 점착되는 경우, 광원의 에너지가 보호렌즈를 투과하지 못해 보호렌즈가 과열되고 파손될 위험이 존재한다.
따라서 본 발명의 목적은 보호렌즈에 불순물이 점착되는 것을 억제하고, 불순물을 효과적으로 제거하는 3D 프린터용 광학모듈 및 이를 포함하는 3D 프린터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 보호렌즈의 과열 및 파손을 방지하고, 3D 프린팅 공정 모니터링 데이터의 노이즈를 최소화하는 3D 프린터용 광학모듈 및 이를 포함하는 3D 프린터를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3D 프린터용 광학모듈은 챔버 내부의 적층 베드 위에 적층된 원료에 조사되어 상기 원료를 용융시키는 광원, 및 상기 광원을 보호하는 보호렌즈를 포함하는 광학부; 및 상기 광원이 상기 원료를 용융시킬 때 발생하는 불순물이 상기 보호 렌즈에 점착되는 것을 억제하는 유동렌즈를 형성하는 유동렌즈부;를 포함한다.
상기 유동렌즈부는, 상기 챔버와 상기 광학부를 연결하며, 외주면에 일정한 간격으로 대칭을 이루며 형성되는 복수의 홀을 포함하는 원통형 관; 및 상기 복수의 홀을 통해 상기 원통형 관의 내부로 가스를 공급하되, 상기 가스를 상기 원통형 관의 외주면과 수직한 법선 방향으로 유입시켜 상기 원통형 관의 중심축을 기준으로 축대칭의 층류로 유동렌즈를 형성하는 가스공급기;를 포함한다.
상기 복수의 홀은 4개 이상이며, 정공 또는 슬릿일 수 있다.
상기 원통형 관의 내부로 유입된 상기 가스의 레이놀즈 수(Re)는 250 이상 5000 이하이며, 상기 레이놀즈 수는 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Re=Ve/v
V:홀을 통과하는 가스의 속도
e:홀의 직경 또는 슬릿의 폭
v:가스의 점도
상기 일정한 간격은 상기 복수의 홀의 직경(e)의 2배 이하일 수 있다.
상기 복수의 홀을 통과하는 가스의 속도(V)는 2m/s 이상일 수 있다.
상기 가스는 아르곤 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 불활성 기체일 수 있다.
본 발명에 따른 3D 프린터는 챔버; 상기 챔버의 내부에 위치하며, 원료를 저장하는 원료저장부; 상기 챔버의 내부에 위치하며, 상기 원료저장부로부터 상기 원료를 공급받고, 공급받은 상기 원료가 레이어 형태로 적층되는 적층 베드를 포함하는 작업부; 상기 챔버의 상부에 위치하며, 상기 적층 베드 위에 적층된 상기 원료에 조사되어 상기 원료를 용융시키는 광원, 및 상기 광원을 보호하는 보호렌즈를 포함하는 광학부; 및 상기 광원이 상기 원료를 용융시킬 때 발생하는 불순물이 상기 보호렌즈에 점착되는 것을 억제하는 유동렌즈를 형성하는 유동렌즈부;를 포함한다.
본 발명에 따른 3D 프린터는 상기 챔버의 측면에 위치하며 상기 가스공급기와 연결되어 상기 챔버 내부에 가스를 분사하고, 상기 분사된 가스로 층류를 형성하는 가스분사부; 및 상기 가스분사부와 대향하여 상기 챔버의 측면에 위치하며, 상기 챔버 내부에 존재하는 상기 불순물 및 상기 가스를 흡입하는 가스흡입부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 3D 프린터는 상기 보호렌즈의 상부에 위치하며 비전 카메라, 적외선 카메라, 및 분광기 중 적어도 하나를 모니터링 센서로 포함하며, 상기 센서를 통해 3D 프린팅 공정을 모니터링하는 모니터링부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 유동렌즈를 형성하여 보호렌즈에 점착된 불순물을 제거하고, 보호렌즈에 불순물이 점착되는 것을 억제함으로써 보호렌즈의 과열 및 파손을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 유동렌즈를 형성하여 보호렌즈에 점착된 불순물을 제거하고, 보호렌즈에 불순물이 점착되는 것을 억제함으로써 3D 프린팅 공정의 모니터링 데이터의 노이즈를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터를 보여주는 이미지이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터용 광학모듈을 보여주는 이미지이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유동렌즈의 압력을 보여주는 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유동렌즈의 유동을 보여주는 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유동렌즈에 의해 냉각되는 보호렌즈 표면의 온도를 나타내는 이미지이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터용 광학모듈을 보여주는 이미지이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유동렌즈의 압력을 보여주는 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유동렌즈의 유동을 보여주는 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유동렌즈에 의해 냉각되는 보호렌즈 표면의 온도를 나타내는 이미지이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터가 SLM(Selective Laser Melting)방식의 프린터인 것으로 전제하고 설명하고자 한다. 하지만, 본 발명은 SLM방식의 3D 프린터에 제한되지 않으며, 광원을 기반으로 원료를 용융시키는 임의의 방식의 3D 프린터에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터를 보여주는 이미지이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 3D 프린터(300)는 챔버(10), 챔버(10) 내부에 위치하며 원료를 저장하는 원료저장부(20), 챔버(10)의 내부에 위치하며 원료저장부(20)로부터 원료를 공급받고 공급받은 원료가 레이어 형태로 적층되는 적층 베드(31)를 포함하는 작업부(30), 및 3D 프린터용 광학모듈(100)을 포함한다. 여기서 3D 프린터용 광학모듈(100)은 광학부(40) 및 유동렌즈부(50)를 포함한다.
실시예에 따른 3D 프린터(300)는 챔버(10)의 측면에 위치하며 가스공급기(55)와 연결되어 챔버(10) 내부에 가스를 분사하는 가스분사부(60), 가스분사부(60)와 대향하여 챔버(10)의 측면에 위치하며 챔버(10) 내부에 존재하는 불순물 및 가스를 흡입하는 가스흡입부(70), 및 보호렌즈(43)의 상부에 위치하며 3D 프린팅 공정을 모니터링하는 모니터링부(80)를 더 포함할 수 있다.
이하, 실시예에 따른 3D 프린터(300)의 구성을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
먼저, 챔버(10)는 내부에 3D 프린팅 원료를 저장하는 원료저장부(20)와 3D 프린팅 조형물이 출력되는 작업부(30)를 구비한다. 여기서 챔버(10)는 원료저장부(20) 및 작업부(30)를 분리하는 벽을 포함할 수 있고, 불순물이 구석에 응집되지 않도록 하기 위해 내부의 가장자리는 둥글게 형성될 수 있다.
다음으로, 원료저장부(20)는 챔버(10)의 내부에 위치하며, 제1 피스톤(23)이 장착된 원료 베드(21)를 포함할 수 있다. 여기서 원료 베드(21)는 제1 피스톤(23)에 의해 상하로 이동할 수 있으며, 원료 베드(21) 상에 원료를 저장할 수 있다. 또한 원료저장부(20)는 일측에 원료를 이송하기 위한 롤러 또는 스크래퍼를 포함할 수 있다. 여기서 원료는 광원(41)의 조사에 의해 용융되는 분말일 수 있다. 예컨대, 원료는 금속 분말 또는 플라스틱 수지재 분말일 수 있다.
다음으로, 작업부(30)는 원료저장부(20)의 측면에 위치하며, 제2 피스톤(33)이 장착된 적층 베드(31)를 포함할 수 있다. 여기서 적층 베드(31)는 제2 피스톤(33)에 의해 상하로 이동할 수 있으며, 원료 베드(21)와 적층 베드(31)는 피스톤(23,33)에 의해 서로 반대방향으로 하강 또는 상승함으로써, 원료저장부(20)로부터 작업부(30)로 원료를 공급받아 원료가 레이어 형태로 적층될 수 있다.
예를 들어, 제1 피스톤(23)에 의해 원료 베드(21)가 상승하면 원료저장부(20) 내에 저장된 원료가 원료저장부(20)의 상부로 배출되고, 제2 피스톤(33)에 의해 적층 베드(31)는 하강할 수 있다. 원료저장부(20)로부터 배출된 원료는 롤러 또는 스크래퍼에 의해 작업부(30) 측으로 밀려 이송되고, 적층 베드(31) 상에 일정한 두께로 적층될 수 있다. 이러한 과정을 반복하여 적층 베드(31) 상에 원료를 레이어 형태로 적층할 수 있다.
다음으로, 가스분사부(60)는 챔버(10)의 측면에 위치하며 가스공급기(55)와 연결되어 노즐을 통해 챔버(10) 내부에 가스를 분사할 수 있다. 이때 분사되는 가스는 유동렌즈(57)를 형성하는 가스와 동일한 가스를 사용할 수 있으며, 조형물의 출력에 영향을 미치지 않도록 층류로 분사될 수 있다.
다음으로, 가스흡입부(70)는 가스분사부(60)와 대향하여 챔버(10)의 측면에 위치하며, 노즐을 통해 챔버(10) 내부에 존재하는 불순물 및 가스를 수평 방향으로 흡입할 수 있다. 또한, 가스흡입부(70)는 필터를 포함하여 불순물을 필터링할 수 있다. 필터에 의해 불순물이 제거된 가스는 가스공급기(55)로 유입되어 순환될 수 있다.
다음으로, 모니터링부(80)는 보호렌즈(43)의 상부에 위치하며 비전 카메라, 적외선 카메라, 및 분광기 중 적어도 하나를 모니터링 센서로 포함할 수 있다. 모니터링부(80)는 센서를 통해 적층 베드(31)의 온도, 레이저의 반사광, 레이저의 출력 강도 등을 측정하여 3D 프린팅 공정을 모니터링할 수 있다.
이하, 실시예에 따른 3D 프린터용 광학모듈(100)의 구성을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터용 광학모듈(100)을 보여주는 이미지이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 3D 프린터용 광학모듈(100)은 광학부(40) 및 유동렌즈부(50)를 포함한다.
먼저, 광학부(40)는 챔버(10)의 상부에 위치하며, 적층 베드(31) 위에 적층된 원료에 조사되어 원료를 용융시키는 광원(41), 및 광원(41)을 보호하는 보호렌즈(43)를 포함한다. 또한, 광학부(40)는 광경로를 조정하는 갈바노미터(galvanometer) 및 광원(41)의 초점을 보정하는 초점보정렌즈를 더 포함할 수 있다.
여기서 광원(41)은 레이저 조사 장치 또는 자외선 조사 장치일 수 있다. 광원(41)은 원료를 선택적으로 조사하고 용융시킴으로써 3D 프린팅 조형물을 출력할 수 있다. 광원(41)이 원료를 용융시키는 과정에서 증기가 발생하고, 이 증기가 공기 중에서 급속히 냉각되면서 미세한 불순물이 발생할 수 있다. 보호렌즈(43)는 이러한 불순물로부터 광원(41)을 보호할 수 있다. 보호렌즈(43)는 바람직하게는 유리일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 보호렌즈(43)에 불순물이 점착되는 경우, 광원(41)의 에너지가 보호렌즈(43)를 투과하지 못하여 보호렌즈(43)가 과열되거나 파손될 우려가 있다. 따라서 보호렌즈(43)에 점착된 불순물을 제거하고, 불순물이 점착되지 않도록 억제할 필요가 있다.
유동렌즈부(50)는 광원(41)이 원료를 용융시킬 때 발생하는 불순물이 보호 렌즈에 점착되는 것을 억제하는 유동렌즈(57)를 형성한다. 유동렌즈부(50)는 복수의 홀(53)을 포함하는 원통형 관(51), 가스를 공급하는 가스공급기(55), 유동렌즈(57), 및 가스공급노즐(59)을 포함할 수 있다. 여기서, 가스는 아르곤 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 불활성 기체일 수 있다.
먼저, 원통형 관(51)은 챔버(10)와 광학부(40)를 연결하는 부재로, 외주면에 일정한 간격으로 대칭을 이루며 형성되는 복수의 홀(53)을 포함한다. 여기서 복수의 홀(53)은 4개 이상의 정공 또는 수평 방향으로 길이를 갖는 슬릿일 수 있고, 원통형 관(51)의 중심축을 기준으로 대칭을 이루며 홀(53)의 직경(e)의 2배 이하의 일정한 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 홀(53)의 측단면은 층류가 형성되도록 원통형 관(51)의 외측은 넓고 내측으로 갈수록 좁아지는 콘 형상으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 가스공급기(55)는 복수의 홀(53)을 통해 원통형 관(51)의 내부로 가스를 공급할 수 있다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 가스공급기(55)는 복수의 홀(53)과 연결된 가스공급노즐(59)을 통해 가스가 원통형 관(51)의 외주면과 수직한 법선 방향으로 유입되도록 할 수 있다. 복수의 홀(53)은 원통형 관(51)의 중심축을 기준으로 대칭을 이루며 형성되므로, 가스가 원통형 관(51)의 외주면과 수직한 법선 방향으로 유입되면 원통형 관(51)의 중심축으로 모이는 유동이 발생하고 중심축을 기준으로 축대칭을 이루는 볼록렌즈 형태의 유동렌즈(57)를 형성할 수 있다.
레이놀즈 수(Re)는 유체역학 분야에서 동적 상사성(dynamic similarity)을 판별할 수 있는 무차원수로, 어떤 유체의 흐름이 층류인지 난류인지 판별하는 데 사용한다. 층류는 유체의 규칙적인 흐름으로, 흐트러지지 않고 일정하게 흐르는 것을 의미한다.
원통형 관(51)의 외주면과 수직한 법선 방향으로 유입된 가스가 원통형 관(51)의 중심축으로 모여 유동렌즈(57)를 형성하기 위해서, 가스가 층류를 이루어야 한다. 가스가 층류를 형성하기 위해서 가스의 레이놀즈 수는 250 이상 5000 이하일 수 있다. 레이놀즈 수는 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다. 여기서 V는 홀을 통과하는 가스의 속도, e는 홀의 직경 또는 슬릿의 폭, 및 v는 가스의 점도를 나타낸다.
[수학식 1]
Re=Ve/v
이하, 본 발명의 실시예에 따른 유동렌즈(57)에 대해 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유동렌즈(57)의 압력을 보여주는 이미지이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유동렌즈(57)의 유동을 보여주는 이미지이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유동렌즈(57)에 의해 냉각되는 보호렌즈(43) 표면의 온도를 나타내는 이미지이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 유동렌즈(57)는 가스공급기(55)가 가스를 원통형 관(51)의 외주면과 수직한 법선 방향으로 유입시키면, 볼록렌즈 형태를 가지며 주변보다 높은 압력을 가질 수 있다. 즉, 유동렌즈(57)는 주변보다 높은 압력을 갖기 때문에 유동렌즈(57)는 불순물의 근접을 차단하여 보호렌즈(43)에 불순물이 점착되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 가스는 원통형 관(51)의 중심축을 향해 모인 후 원통형 관(51)의 상부로 상승하거나 챔버(10) 내부로 하강하며 볼록렌즈 형태의 유동렌즈(57)를 형성할 수 있다. 원통형 관(51)의 상부로 상승한 가스는 보호렌즈(43)의 표면과 충돌한 후, 원통형 관(51)의 외주면을 따라 하부로 하강하는 유동을 나타낸다. 이때, 가스는 보호렌즈(43)의 표면과 충돌하면서 보호렌즈(43)에 이미 점착되어 있는 불순물을 제거할 수 있고, 이로 인해 3D 프린팅 공정의 모니터링 데이터의 노이즈를 최소화할 수 있다.
복수의 홀(53)을 통해 유입되는 가스의 속도가 2m/s 미만인 경우, 보호렌즈(43)의 표면에 점착된 불순물을 제거하기 어려우므로 복수의 홀(53)을 통과하는 가스의 속도(V)는 2m/s 이상이 바람직하다. 또한, 유입되는 가스의 속도가 너무 빠를 경우, 출력되는 조형물에 영향을 미칠 수 있으므로 레이놀즈 수가 250 이상 5000 이하의 범위를 만족하는 속도를 선택하는 것이 바람직하다.
여기서 가스는 유동렌즈(57)를 형성한 후에 하강하여 챔버(10)의 내부로 유입되고, 챔버(10)의 측면에 위치한 가스흡입부(70)를 통해 챔버(10)의 외부로 배출될 수 있다. 배출된 가스는 가스흡입부(70)의 필터에 의해 불순물이 제거된 후, 가스공급기(55)를 거쳐 다시 원통형 관(51)으로 유입되어 유동렌즈(57)를 형성할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 유동렌즈(57)의 유동은 보호렌즈(43)의 표면을 냉각시킬 수 있으므로 보호렌즈(43)의 과열 및 파손을 방지할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
100 : 3D 프린터용 광학모듈
300 : 3D 프린터
10 : 챔버
20 : 원료저장부
21 : 원료 베드
23 : 제1 피스톤
30 : 작업부
31 : 적층 베드
33 : 제2 피스톤
40 : 광학부
41 : 광원
43 : 보호렌즈
50 : 유동렌즈부
51 : 원통형 관
53 : 복수의 홀
55 : 가스공급기
57 : 유동렌즈
59 : 가스공급노즐
60 : 가스분사부
70 : 가스흡입부
80 : 모니터링부
300 : 3D 프린터
10 : 챔버
20 : 원료저장부
21 : 원료 베드
23 : 제1 피스톤
30 : 작업부
31 : 적층 베드
33 : 제2 피스톤
40 : 광학부
41 : 광원
43 : 보호렌즈
50 : 유동렌즈부
51 : 원통형 관
53 : 복수의 홀
55 : 가스공급기
57 : 유동렌즈
59 : 가스공급노즐
60 : 가스분사부
70 : 가스흡입부
80 : 모니터링부
Claims (9)
- 챔버 내부의 적층 베드 위에 적층된 원료에 조사되어 상기 원료를 용융시키는 광원, 및 상기 광원을 보호하는 보호렌즈를 포함하는 광학부; 및
상기 광원이 상기 원료를 용융시킬 때 발생하는 불순물이 상기 보호 렌즈에 점착되는 것을 억제하는 유동렌즈를 형성하는 유동렌즈부;를 포함하며,
상기 유동렌즈부는,
상기 챔버와 상기 광학부를 연결하며, 외주면에 일정한 간격으로 대칭을 이루며 형성되는 복수의 홀을 포함하는 원통형 관; 및
상기 복수의 홀을 통해 상기 원통형 관의 내부로 가스를 공급하되, 상기 가스를 상기 원통형 관의 외주면과 수직한 법선 방향으로 유입시켜 상기 원통형 관의 중심축을 기준으로 축대칭의 층류로 유동렌즈를 형성하는 가스공급기;
를 포함하는 3D 프린터용 광학모듈. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 홀은 4개 이상이며, 정공 또는 슬릿인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 광학모듈. - 제1항에 있어서,
상기 원통형 관의 내부로 유입된 상기 가스의 레이놀즈 수(Re)는 250 이상 5000 이하이며,
상기 레이놀즈 수는 아래의 수학식 1로 표현되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 광학모듈.
[수학식 1]
Re=Ve/v
V:홀을 통과하는 가스의 속도
e:홀의 직경 또는 슬릿의 폭
v:가스의 점도 - 제3항에 있어서,
상기 일정한 간격은 상기 복수의 홀의 직경(e)의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 광학모듈. - 제3항에 있어서,
상기 복수의 홀을 통과하는 가스의 속도(V)는 2m/s 이상인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 광학모듈. - 제1항에 있어서,
상기 가스는 아르곤 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 불활성 기체인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 광학모듈. - 챔버;
상기 챔버의 내부에 위치하며, 원료를 저장하는 원료저장부;
상기 챔버의 내부에 위치하며, 상기 원료저장부로부터 상기 원료를 공급받고, 공급받은 상기 원료가 레이어 형태로 적층되는 적층 베드를 포함하는 작업부;
상기 챔버의 상부에 위치하며, 상기 적층 베드 위에 적층된 상기 원료에 조사되어 상기 원료를 용융시키는 광원, 및 상기 광원을 보호하는 보호렌즈를 포함하는 광학부; 및
상기 광 원이 상기 원료를 용융시킬 때 발생하는 불순물이 상기 보호렌즈에 점착되는 것을 억제하는 유동렌즈를 형성하는 유동렌즈부;를 포함하며,
상기 유동렌즈부는,
상기 챔버 및 상기 광학부를 연결하며, 외주면에 일정한 간격으로 대칭을 이 루며 형성되는 복수의 홀을 포함하는 원통형 관; 및
상기 복수의 홀을 통해 상기 원통형 관의 내부로 가스를 공급하되, 상기 가스를 상기 원통형 관의 외주면과 수직한 법선 방향으로 유입시켜 상기 원통형 관의 중심축을 기준으로 축대칭의 층류로 유동렌즈를 형성하는 가스공급기;
를 포함하는 3D 프린터. - 제7항에 있어서,
상기 챔버의 측면에 위치하며, 상기 가스공급기와 연결되어 상기 챔버 내부에 가스를 분사하고, 상기 분사된 가스로 층류를 형성하는 가스분사부; 및
상기 가스분사부와 대향하여 상기 챔버의 측면에 위치하며, 상기 챔버 내부에 존재하는 상기 불순물 및 상기 가스를 흡입하는 가스흡입부;
를 더 포함하는 3D 프린터. - 제7항에 있어서,
상기 보호렌즈의 상부에 위치하며, 비전 카메라, 적외선 카메라, 및 분광기 중 적어도 하나를 모니터링 센서로 포함하며, 상기 센서를 통해 3D 프린팅 공정을 모니터링하는 모니터링부;
를 더 포함하는 3D 프린터.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220099954A KR20240022028A (ko) | 2022-08-10 | 2022-08-10 | 3d 프린터용 광학모듈 및 이를 포함하는 3d 프린터 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220099954A KR20240022028A (ko) | 2022-08-10 | 2022-08-10 | 3d 프린터용 광학모듈 및 이를 포함하는 3d 프린터 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240022028A true KR20240022028A (ko) | 2024-02-20 |
Family
ID=90056948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220099954A KR20240022028A (ko) | 2022-08-10 | 2022-08-10 | 3d 프린터용 광학모듈 및 이를 포함하는 3d 프린터 |
Country Status (1)
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|---|---|
| KR (1) | KR20240022028A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200072624A (ko) | 2018-12-12 | 2020-06-23 | 참엔지니어링(주) | 가스 순환기 및 적층 가공 장치 |
-
2022
- 2022-08-10 KR KR1020220099954A patent/KR20240022028A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200072624A (ko) | 2018-12-12 | 2020-06-23 | 참엔지니어링(주) | 가스 순환기 및 적층 가공 장치 |
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