KR20240062925A - 3 dimensional printing apparatus using multi-phase material - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 다중-상 3D 프린팅 장치가 개시된다. 상기 다중-상 3D 프린팅 장치는, 조형 대상이 되는 조형물의 지지 기반을 제공하는 스테이지와, 조형물의 윤곽을 형성하는 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재와, 제1 소재로 형성된 조형물의 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 공간을 채우는 액상의 제2 소재를 각각 토출하도록 스테이지 상에서 배치된 제1, 제2 토출 노즐과, 제1 토출 노즐과 연결된 것으로, 세라믹 입자와 세라믹 입자가 분산된 매트릭스가 혼합된 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재를 토출하도록, 제1 토출 노즐을 향하여 제1 소재를 압출시키기 위한 압출 장치와, 제2 토출 노즐과 연결된 것으로, 금속 블록을 입력으로 하여, 제2 토출 노즐을 통하여 금속 블록이 용융된 액상의 금속 유동의 제2 소재를 토출하도록, 금속 블록을 용융시키기 위한 가열 퍼널과, 스테이지를 수용하면서 제1, 제2 토출 노즐로부터 스테이지 상으로 축적된 제1, 제2 소재의 서냉 공간을 제공하기 위한 가열 챔버;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 조형물의 제작을 위한 단순화된 구조를 갖추면서도, 조형물의 제작 시간을 단축시킬 수 있으며, 표면이 매끄러우며 외관이 미려하고 보이드(void) 및 열 응력과 같은 내부 결함이 감소한 조형물을 형성할 수 있는 다중-상 3D 프린팅 장치가 제공된다.In the present invention, a multi-phase 3D printing device is disclosed. The multi-phase 3D printing device includes a stage that provides a support base for the sculpture to be printed, a first material in a paste or slurry form that forms the outline of the sculpture, and a structure surrounded by the outline of the sculpture formed of the first material. A paste or slurry containing first and second discharge nozzles arranged on the stage to each discharge a liquid second material filling the filling space, and a mixture of ceramic particles and a matrix in which ceramic particles are dispersed, connected to the first discharge nozzle. An extrusion device for extruding the first material toward the first discharge nozzle so as to discharge the first material, and connected to the second discharge nozzle, takes a metal block as input, and melts the metal block through the second discharge nozzle. A heating funnel for melting the metal block and a slow cooling space for the first and second materials accumulated on the stage from the first and second discharge nozzles while accommodating the stage to discharge the second material of the liquid metal flow. It includes a heating chamber for providing.
According to the present invention, while having a simplified structure for manufacturing a sculpture, it is possible to shorten the production time of the sculpture, and to produce a sculpture with a smooth surface, beautiful appearance, and reduced internal defects such as voids and thermal stress. A multi-phase 3D printing device capable of forming is provided.
Description
본 발명은 다중-상 3D 프린팅 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-phase 3D printing device.
3D 프린팅 장치는 특정 형상을 갖는 조형물을 성형하기 위해 사용되는 장치로서, 예를 들어, 조형 대상이 되는 조형물의 슬라이싱된 섹션 데이터를 입력으로 하여 조형물의 각 층을 적층시키는 방식으로 조형물을 제작할 수 있다. 예를 들어, 이러한 3D 프린팅 장치에서는 조형 대상이 되는 조형물의 3차원 형상을 컴퓨터 모델링 작업을 통하여 디지털 데이터로 생성하고, 2차원 평면으로 미분한 후, 미분화된 소재를 계속 쌓아 올려 적층시키는 방식으로 3차원 형상을 갖춘 조형물을 제작할 수 있다. A 3D printing device is a device used to mold a sculpture with a specific shape. For example, a sculpture can be manufactured by stacking each layer of the sculpture using the sliced section data of the sculpture to be molded as input. . For example, in these 3D printing devices, the three-dimensional shape of the object to be printed is created as digital data through computer modeling, differentiated into a two-dimensional plane, and then the differentiated materials are continuously stacked. Sculptures with dimensional shapes can be produced.
본 발명의 일 실시형태는, 조형물의 제작 시간을 단축시킬 수 있는 다중-상 3D 프린팅 장치를 포함한다. One embodiment of the present invention includes a multi-phase 3D printing device that can shorten the manufacturing time of a sculpture.
본 발명의 일 실시형태는, 조형물의 제작을 위한 단순화된 구조를 갖춘 다중-상 3D 프린팅 장치를 포함한다. One embodiment of the present invention includes a multi-phase 3D printing device with a simplified structure for manufacturing sculptures.
본 발명의 일 실시형태는 표면이 매끄러우며 외관이 미려한 조형물을 형성하면서도 보이드(void) 및 열 응력과 같은 내부 결함이 감소한 조형물을 형성할 수 있는 다중-상 3D 프린팅 장치를 포함한다.One embodiment of the present invention includes a multi-phase 3D printing device capable of forming a sculpture with a smooth surface and beautiful appearance while reducing internal defects such as voids and thermal stress.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다중-상 3D 프린팅 장치는, In order to solve the above problems and other problems, the multi-phase 3D printing device of the present invention,
조형 대상이 되는 조형물의 지지 기반을 제공하는 스테이지;A stage that provides a support base for the sculpture to be formed;
조형물의 윤곽을 형성하는 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재와, 제1 소재로 형성된 조형물의 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 공간을 채우는 액상의 제2 소재를 각각 토출하도록 스테이지 상에서 배치된 제1, 제2 토출 노즐;First and second discharges arranged on the stage to respectively discharge a paste-like or slurry-like first material that forms the outline of the sculpture and a liquid second material that fills the filling space surrounded by the outline of the sculpture formed of the first material. Nozzle;
상기 제1 토출 노즐과 연결된 것으로, 세라믹 입자와 세라믹 입자가 분산된 매트릭스가 혼합된 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재를 토출하도록, 상기 제1 토출 노즐을 향하여 제1 소재를 압출시키기 위한 압출 장치; an extrusion device connected to the first discharge nozzle and configured to extrude the first material in the form of a paste or slurry in which ceramic particles and a matrix in which the ceramic particles are dispersed are mixed, so as to extrude the first material toward the first discharge nozzle;
상기 제2 토출 노즐과 연결된 것으로, 금속 블록을 입력으로 하여, 상기 제2 토출 노즐을 통하여 금속 블록이 용융된 액상의 금속 유동의 제2 소재를 토출하도록, 금속 블록을 용융시키기 위한 가열 퍼널; 및a heating funnel connected to the second discharge nozzle, receiving the metal block as an input, and discharging a second material of liquid metal flow in which the metal block is melted through the second discharge nozzle, for melting the metal block; and
상기 스테이지를 수용하면서 상기 제1, 제2 토출 노즐로부터 스테이지 상으로 축적된 제1, 제2 소재의 서냉 공간을 제공하기 위한 가열 챔버;를 포함한다. It includes a heating chamber for accommodating the stage and providing a slow cooling space for the first and second materials accumulated on the stage from the first and second discharge nozzles.
예를 들어, 상기 제2 토출 노즐의 내경은, 하단의 제2 토출 노즐과 연결된 가열 퍼널의 상단의 투입구로부터 투입되는 금속 블록의 최장 디멘젼에 해당되는 직경 보다 작게 형성될 수 있다. For example, the inner diameter of the second discharge nozzle may be smaller than the diameter corresponding to the longest dimension of the metal block injected from the inlet at the top of the heating funnel connected to the second discharge nozzle at the bottom.
예를 들어, 원반 디스크 형상으로 형성된 금속 블록의 내경은 원반의 직경인 50mm로 형성되고,For example, the inner diameter of a metal block formed in the shape of a disk is 50 mm, which is the diameter of the disk,
상기 제2 토출 노즐의 내경은 0.1mm~4mm로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 1mm~2mm로 형성될 수 있다. The inner diameter of the second discharge nozzle may be 0.1 mm to 4 mm, for example, 1 mm to 2 mm.
예를 들어, 상기 가열 퍼널은, 금속 블록이 투입되는 상단의 투입구의 내경으로부터 금속 유동의 제2 소재가 토출되는 하단의 상기 제2 토출 노즐의 내경에 이르기 까지 점진적으로 내경이 감소되도록 Y자 형상으로 형성될 수 있다. For example, the heating funnel is Y-shaped so that the inner diameter gradually decreases from the inner diameter of the inlet at the top where the metal block is input to the inner diameter of the second discharge nozzle at the bottom where the second material of the metal flow is discharged. can be formed.
예를 들어, 상기 가열 퍼널의 외주면을 따라서는 가열 퍼널로 투입된 금속 블록의 용융을 위한 제1 열원이 권취되어 있다. For example, a first heat source for melting a metal block introduced into the heating funnel is wound along the outer peripheral surface of the heating funnel.
예를 들어, 상기 제1 열원은, 상기 스테이지와 마주하는 하단에 제2 토출 노즐이 형성된 가열 퍼널과, 상기 스테이지와 마주하는 하단에 제1 토출 노즐이 형성된 토출 유닛 사이에 배치될 수 있다. For example, the first heat source may be disposed between a heating funnel having a second discharge nozzle formed at the bottom facing the stage and a discharge unit having a first discharge nozzle formed at the bottom facing the stage.
예를 들어, 상기 다중-상 3D 프린팅 장치는, 상기 제1, 제2 토출 노즐을 함께 매립하기 위한 매립 블록을 더 포함할 수 있다. For example, the multi-phase 3D printing device may further include an embedding block for embedding the first and second discharge nozzles together.
예를 들어, 상기 매립 블록은, 제1, 제2 토출 노즐 사이의 간격이 3m~50mm 사이로 유지되도록 제1, 제2 토출 노즐을 매립하여 위치 고정시킬 수 있으며, 예를 들어, 상기 매립 블록은, 제1, 제2 토출 노즐 사이의 간격을 대략 25mm 정도로 유지해줄 수 있다. For example, the embedding block may bury and fix the first and second discharge nozzles so that the distance between the first and second discharge nozzles is maintained between 3m and 50mm. For example, the embedding block may , the distance between the first and second discharge nozzles can be maintained at approximately 25 mm.
예를 들어, 상기 매립 블록은 각각 제1, 제2 토출 노즐이 형성된 가열 퍼널 및 토출 유닛의 하단으로부터 가열 퍼널의 상단의 투입구 및 토출 유닛의 상단의 피팅 단부를 노출시키는 높이에 걸쳐서 형성되며, For example, the buried block is formed from the bottom of the heating funnel and the discharge unit, where the first and second discharge nozzles are formed, to a height exposing the inlet at the top of the heating funnel and the fitting end at the top of the discharge unit,
상기 토출 유닛의 상단의 피팅 단부에는 압출 장치와의 사이에서 제1 소재의 이송을 매개하기 위한 연결 관체가 끼워질 수 있다. A connecting tube for mediating the transfer of the first material between the extrusion device and the extrusion device may be inserted into the fitting end of the upper end of the discharge unit.
예를 들어, 상기 매립 블록은, 상기 가열 퍼널의 외주면 상에 권취된 제1 열원을 둘러싸면서 상기 가열 퍼널의 외주면 상에 권취된 제1 열원으로부터 이격되며 상기 가열 퍼널의 외주면과 나란하게 연장되는 토출 유닛을 함께 둘러쌀 수 있다. For example, the embedded block surrounds the first heat source wound on the outer circumferential surface of the heating funnel, is spaced apart from the first heat source wound on the outer circumferential surface of the heating funnel, and extends parallel to the outer circumferential surface of the heating funnel. Units can be surrounded together.
예를 들어, 상기 토출 유닛은 상기 가열 퍼널의 외주면과 나란하도록 가열 퍼널의 높이 방향 및 반경 방향을 동시에 추종하는 사선 방향을 따라 연장되다가, 가열 퍼널의 최소 내경을 형성하는 병목으로부터 상기 스테이지를 향하여 연장되는 제1 토출 노즐과 상기 토출 유닛의 절곡으로부터 상기 스테이지를 향하여 연장되는 제2 노출 노즐이 서로 나란하게 연장될 수 있다.For example, the discharge unit extends along a diagonal direction that simultaneously follows the height direction and the radial direction of the heating funnel so as to be parallel to the outer peripheral surface of the heating funnel, and extends toward the stage from a bottleneck forming the minimum inner diameter of the heating funnel. The first discharge nozzle and the second exposed nozzle extending from the bend of the discharge unit toward the stage may extend parallel to each other.
예를 들어, 상기 가열 퍼널의 제2 온도와 상기 토출 유닛의 제1 온도는, 제2 온도 > 제1 온도의 관계를 만족할 수 있다. For example, the second temperature of the heating funnel and the first temperature of the discharge unit may satisfy the relationship of second temperature > first temperature.
예를 들어, 상기 제1, 제2 온도 사이의 온도 편차는 서로 나란하게 연장되는 가열 퍼널과 토출 유닛 사이를 채우는 매립 블록의 단열 소재로부터 형성되는 열 저항에 따라 유도될 수 있다. For example, the temperature difference between the first and second temperatures may be induced according to thermal resistance formed from the insulating material of the embedded block filling between the heating funnel extending parallel to each other and the discharge unit.
예를 들어, 상기 가열 퍼널의 제2 온도는 금속 블록의 용융점 이상의 충분히 높은 온도로 설정되고, For example, the second temperature of the heating funnel is set to a sufficiently high temperature above the melting point of the metal block,
상기 토출 유닛의 제1 온도는 제1 소재에 혼합된 매트릭스의 기화 내지는 휘발이 억제될 수 있는 충분히 낮은 온도로 설정될 수 있다. The first temperature of the discharge unit may be set to a sufficiently low temperature at which vaporization or volatilization of the matrix mixed with the first material can be suppressed.
예를 들어, 상기 가열 챔버의 서냉 공간의 제3 온도는, 상기 가열 퍼널의 제2 온도와 상기 토출 유닛의 제1 온도와의 관계에서, 제2 온도 > 제3 온도 > 제1 온도의 관계를 만족할 수 있다. For example, the third temperature of the slow cooling space of the heating chamber is, in the relationship between the second temperature of the heating funnel and the first temperature of the discharge unit, the relationship of second temperature > third temperature > first temperature. You can be satisfied.
예를 들어, 상기 가열 챔버의 서냉 공간의 제3 온도는, 상기 서냉 공간 내에서 제1 소재에 혼합된 매트릭스의 기화 내지는 휘발을 유도할 수 있는 충분히 높은 온도로 설정될 수 있다. For example, the third temperature of the slow cooling space of the heating chamber may be set to a sufficiently high temperature that can induce vaporization or volatilization of the matrix mixed with the first material in the slow cooling space.
예를 들어, 상기 매립 블록과 가열 챔버는, 상기 매립 블록에 매립된 제1, 제2 토출 노즐로부터 상기 가열 챔버의 서냉 공간에 수용된 스테이지를 향하여 제1, 제2 소재의 유동을 허용하기 위한 토출 홀을 경유하여 상하로 연결될 수 있다. For example, the embedding block and the heating chamber are configured to allow the flow of the first and second materials from the first and second discharge nozzles embedded in the embedding block toward the stage accommodated in the slow cooling space of the heating chamber. It can be connected up and down via a hall.
예를 들어, 상기 매립 블록은, For example, the landfill block is,
각각 하단의 제1, 제2 토출 유닛을 포함하는 토출 유닛 및 가열 퍼널을 매립하는 상부 블록; 및an upper block embedding a heating funnel and a discharge unit including first and second discharge units at the bottom, respectively; and
상기 상부 블록으로부터 확장된 면적의 판 상으로 형성되어 상기 서냉 공간의 상부를 덮어주는 하부 블록을 포함할 수 있다. It may include a lower block that is formed in the shape of a plate with an area expanded from the upper block and covers the upper part of the slow cooling space.
예를 들어, 상기 가열 챔버는 상기 하부 블록과 단차진 계면을 통하여 맞닿으면서 상기 서냉 공간의 측면을 덮어주는 다수의 격벽을 포함할 수 있다. For example, the heating chamber may include a plurality of partition walls that cover the sides of the slow cooling space while contacting the lower block through a stepped interface.
예를 들어, 상기 가열 챔버의 모서리를 형성하는 이웃한 격벽은 단차진 계면을 통하여 서로에 대해 맞닿을 수 있다. For example, adjacent partition walls forming corners of the heating chamber may abut against each other through a stepped interface.
예를 들어, 상기 가열 챔버는, 상기 다수의 격벽이 안착되는 조립 위치를 제공하는 것으로, 서냉 공간 내부의 스테이지와 서냉 공간 외부의 액츄에이터 사이의 동력 연결을 매개하는 커넥팅 로드의 관통을 위한 오프닝이 형성된 바닥벽을 더 포함하고, For example, the heating chamber provides an assembly position where the plurality of partition walls are seated, and an opening is formed for penetration of a connecting rod that mediates a power connection between a stage inside the slow cooling space and an actuator outside the slow cooling space. further comprising a bottom wall,
상기 다중-상 3D 프린팅 장치는, 상기 커넥팅 로드와 나란하게 연장되면서 엑츄에이터의 승하강에 따라 신장 수축되는 링크 구조를 통하여 상기 오프닝을 커버하도록 상기 바닥벽 상에 덧대어지는 자바라 커버를 더 포함할 수 있다. The multi-phase 3D printing device may further include a bellows cover attached to the bottom wall to cover the opening through a link structure that extends in parallel with the connecting rod and expands and contracts as the actuator rises and falls. .
예를 들어, 상기 다중-상 3D 프린팅 장치는, For example, the multi-phase 3D printing device,
상기 가열 퍼널의 외주면을 따라 권취되어, 가열 퍼널로 투입된 금속 블록의 용융을 위한 제1 열원; 및a first heat source for melting the metal block wound along the outer peripheral surface of the heating funnel and introduced into the heating funnel; and
상기 가열 챔버 내에 형성되어, 상기 제1, 제2 토출 노즐로부터 상기 스테이지 상으로 축적된 제1, 제2 소재의 냉각 속도를 제어하기 위한 제2 열원을 더 포함할 수 있다. It may further include a second heat source formed in the heating chamber to control the cooling rate of the first and second materials accumulated on the stage from the first and second discharge nozzles.
예를 들어, 하나의 조형물을 형성하기 위한 텍-타임(tact-time) 동안에, For example, during tact-time to form a sculpture,
상기 제1 열원의 가동 개시와 가동 종료까지의 제1 가동 시간과 상기 제2 열원의 가동 개시와 가동 종료까지의 제2 가동 시간은, 제1 가동 시간 < 제2 가동 시간의 대소 관계를 가질 수 있다. The first operation time from the start of operation to the end of operation of the first heat source and the second operation time from the start to end of operation of the second heat source may have a relationship of first operation time < second operation time. there is.
예를 들어, 하나의 조형물을 형성하기 위한 텍-타임(tact-time) 동안에, For example, during tact-time to form a sculpture,
상기 제2 열원은, 상기 제1 열원의 가동이 종료된 후에도 조형물의 냉각 속도를 제어하도록 가동될 수 있다. The second heat source may be operated to control the cooling rate of the sculpture even after operation of the first heat source is terminated.
예를 들어, 상기 다중-상 3D 프린팅 장치는, 상기 조형물을 고화시켜 고상의 조형물을 완성하기 위한 소결 장비를 구비하지 않을 수 있다. For example, the multi-phase 3D printing device may not be equipped with sintering equipment to solidify the sculpture to complete a solid sculpture.
예를 들어, 상기 제1, 제2 토출 노즐은 함께 가동되면서 상기 스테이지 상에는 상기 제1, 제2 소재의 토출 위치가 동시에 형성될 수 있다. For example, the first and second discharge nozzles may operate together and discharge positions for the first and second materials may be formed simultaneously on the stage.
예를 들어, 상기 제1 토출 노즐로부터 스테이지 상으로 토출되는 제1 소재의 유량(flow rate)은, 상기 제2 토출 노즐로부터 스테이지 상으로 토출되는 제2 소재의 유량(flow rate) 보다 작을 수 있다. For example, the flow rate of the first material discharged onto the stage from the first discharge nozzle may be smaller than the flow rate of the second material discharged from the second discharge nozzle onto the stage. .
예를 들어, 상기 제1 소재로부터 형성되는 조형물의 윤곽의 부피는, 상기 제2 소재로부터 형성되는 조형물 자체의 부피 보다 작을 수 있다. For example, the volume of the outline of the sculpture formed from the first material may be smaller than the volume of the sculpture itself formed from the second material.
예를 들어, 상기 압출 장치는 세라믹 입자 및 매트릭스가 각각 투입되는 제1, 제2 호퍼와, 상기 제1, 제2 호퍼와 연결된 이송관과, 상기 이송관 내부에서 회전 구동되면서 제1, 제2 호퍼로부터 투입된 세라믹 입자 및 매트릭스를 혼합하여 제1 소재를 형성함과 아울러, 상기 이송관 방향을 따라 제1 소재를 강제 이송시키는 회전 스크루를 포함할 수 있다. For example, the extrusion device includes first and second hoppers into which ceramic particles and matrix are respectively introduced, a transfer pipe connected to the first and second hoppers, and a rotational drive inside the transfer pipe to produce the first and second hoppers. In addition to forming the first material by mixing the ceramic particles and matrix introduced from the hopper, it may include a rotating screw that forcibly transfers the first material along the direction of the transfer pipe.
예를 들어, 상기 제1 토출 노즐로부터 스테이지 상으로 토출되는 제1 소재의 유량(flow rate)은, 상기 이송관 내부에서 구동되는 회전 스크루의 회전 속도로부터 제어될 수 있다. For example, the flow rate of the first material discharged from the first discharge nozzle onto the stage may be controlled from the rotation speed of the rotating screw driven inside the transfer pipe.
예를 들어, 상기 제2 토출 노즐로부터 스테이지 상으로 토출되는 제2 소재의 유량(flow rate)은, 상기 가열 퍼널 내부에서 금속 유동의 제2 소재의 액면 상에 채워진 가스의 압력으로부터 제어될 수 있으며, 예를 들어, 희가스의 압력으로부터 제어될 수 있다.For example, the flow rate of the second material discharged from the second discharge nozzle onto the stage can be controlled from the pressure of the gas filled on the liquid level of the second material of the metal flow inside the heating funnel. , for example, can be controlled from the pressure of noble gases.
본 발명에 의하면, 조형물의 제작을 위한 단순화된 구조를 갖추면서도, 조형물의 제작 시간을 단축시킬 수 있으며, 표면이 매끄러우며 외관이 미려하고 보이드(void) 및 열 응력과 같은 내부 결함이 감소한 조형물을 형성할 수 있는 다중-상 3D 프린팅 장치가 제공된다.According to the present invention, while having a simplified structure for manufacturing a sculpture, it is possible to shorten the production time of the sculpture, and to produce a sculpture with a smooth surface, beautiful appearance, and reduced internal defects such as voids and thermal stress. A multi-phase 3D printing device capable of forming is provided.
도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 다중-상 3D 프린팅 장치의 전체적인 사시도가 도시되어 있다.
도 2에는 도 1에 도시된 다중-상 3D 프린팅 장치의 조형 대상이 되는 조형물의 성형을 설명하기 위한 도면으로, 도 1의 일부 구성을 보여주는 평면도가 도시되어 있다.
도 3에는 도 1에 도시된 다중-상 3D 프린팅 장치의 조형 대상이 되는 조형물의 성형을 설명하기 위한 도면으로, 도 2의 III-III` 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다.
도 4에는 도 1에 도시된 다중-상 3D 프린팅 장치의 조형 대상이 되는 조형물의 성형을 설명하기 위한 도면으로, 서로 다른 제1, 제2 소재가 토출되는 스테이지 상의 제1, 제2 토출 위치로부터 형성되는 조형물의 윤곽 및 조형물의 윤곽으로 둘러싸인 충진 공간 내를 채우는 조형물의 성형을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 5에는 도 1에 도시된 압출 장치를 설명하기 위한 것으로, 도 1의 압출 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 6 및 도 7에는 제1, 제2 소재가 토출되는 스테이지 상의 제1, 제2 토출 위치로부터 형성되는 조형물의 윤곽 및 조형물의 윤곽으로 둘러싸인 충진 공간 내를 채우는 조형물의 성형을 설명하기 위한 도면으로, 각각 제1, 제2 소재의 토출이 시간적인 선후 관계로 이루어지는 구동 모드와, 제1, 제2 소재의 토출이 동시에 이루어지는 구동 모드를 각각 설명하기 위한 도면들이 도시되어 있다.
도 8에는 도 1에 도시된 다중-상 3D 프린팅 장치의 일부를 도시한 사시도가 도시되어 있다.
도 9에는 도 8에 도시된 매립 블록 내에 매립되는 가열 퍼널, 토출 유닛 및 제1 열원 간의 조립을 설명하기 위한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 10에는 매립 블록과 가열 챔버 간의 기밀성 조립을 설명하기 위한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 11에는 도 10에 도시된 매립 블록에 형성된 토출 홀을 설명하기 위한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 12에는 가열 퍼널 상에 배치되는 밀봉 커버와 밀봉 커버 내에 채워진 가스의 내부 압력에 따라 가열 퍼널 내의 제2 소재의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도가 제어되는 구성을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 13(a)에는 하나의 성형물이 제작되는 텍-타임(tact-time) 동안에, 목표 온로로서 추종되는 가열 퍼널(10) 내의 제1 온도(T1)의 온도 프로파일과 토출 유닛(20)의 제2 온도(T2)의 온도 프로파일을 예시적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 13(b)에는 하나의 성형물이 제작되는 텍-타임(tact-time) 동안에, 목표 온도로서 추종되는 가열 퍼널(10) 내의 제3 온도(T3)의 온도 프로파일을 예시적으로 보여주는 도면으로, 조형물의 서냉을 위하여 제3 온도(T3)의 완만한 프로파일을 예시적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 14(a) 및 도 14(b)에는 서로 다른 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)에 따라 동일한 목표 위치로 이동하기 위하여 요구되는 스테이지(S)의 이송량의 변화를 개략적으로 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 15 및 도 16에는 도 1에 도시된 조형물의 지지 기반을 제공하는 스테이지(S)와 액츄에이터(A) 사이의 동력 연결과, 액츄에이터(A)의 구동과 무관하게 가열 챔버(50)의 오프닝(50```)을 밀폐하기 위한 자바라 커버(ZC) 및 자바라 커버(ZC)에 연결된 링크 구조(L)를 설명하기 위한 서로 다른 도면들이 도시되어 있다.1 shows an overall perspective view of a multi-phase 3D printing device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the molding of a sculpture that is to be formed by the multi-phase 3D printing device shown in FIG. 1, and is a plan view showing some of the configurations of FIG. 1.
FIG. 3 is a diagram for explaining the molding of a sculpture that is a target of the multi-phase 3D printing device shown in FIG. 1, and is a cross-sectional view taken along line III-III′ in FIG. 2.
FIG. 4 is a diagram for explaining the molding of a sculpture that is the object of modeling by the multi-phase 3D printing device shown in FIG. 1, from the first and second discharge positions on the stage where different first and second materials are discharged. A drawing is shown to explain the outline of the formed sculpture and the molding of the sculpture that fills the filling space surrounded by the outline of the sculpture.
FIG. 5 is for explaining the extrusion device shown in FIG. 1, and shows a schematic configuration of the extrusion device shown in FIG. 1.
Figures 6 and 7 are diagrams for explaining the outline of the sculpture formed from the first and second discharge positions on the stage where the first and second materials are discharged, and the molding of the sculpture filling the filling space surrounded by the outline of the sculpture. , drawings are shown to explain a drive mode in which the first and second materials are ejected in a temporal sequential relationship, and a drive mode in which the first and second materials are ejected simultaneously.
FIG. 8 shows a perspective view of a portion of the multi-phase 3D printing device shown in FIG. 1.
FIG. 9 shows an exploded perspective view for explaining the assembly between the heating funnel, the discharge unit, and the first heat source embedded in the embedding block shown in FIG. 8.
Figure 10 shows an exploded perspective view to explain the airtight assembly between the buried block and the heating chamber.
FIG. 11 shows an exploded perspective view to explain the discharge hole formed in the buried block shown in FIG. 10.
12 shows a configuration in which the flow rate (volume passing through the cross-sectional area per unit time) or discharge rate of the second material in the heating funnel is controlled depending on the sealing cover disposed on the heating funnel and the internal pressure of the gas filled in the sealing cover. A drawing to explain is shown.
Figure 13(a) shows the temperature profile of the first temperature T1 in the
FIG. 13(b) is a diagram illustrating the temperature profile of the third temperature T3 in the
14(a) and 14(b) show the transfer amount of the stage S required to move to the same target position according to the gap g between the different first and
15 and 16 show the power connection between the stage (S) and the actuator (A), which provides a support base for the sculpture shown in FIG. 1, and the opening of the
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 다중-상 3D 프린팅 장치에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, a multi-phase 3D printing device according to a preferred embodiment of the present invention will be described.
도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 다중-상 3D 프린팅 장치의 전체적인 사시도가 도시되어 있다. 1 shows an overall perspective view of a multi-phase 3D printing device according to one embodiment of the present invention.
도 2에는 도 1에 도시된 다중-상 3D 프린팅 장치의 조형 대상이 되는 조형물의 성형을 설명하기 위한 도면으로, 도 1의 일부 구성을 보여주는 평면도가 도시되어 있다. FIG. 2 is a diagram for explaining the molding of a sculpture that is to be formed by the multi-phase 3D printing device shown in FIG. 1, and is a plan view showing some of the configurations of FIG. 1.
도 3에는 도 1에 도시된 다중-상 3D 프린팅 장치의 조형 대상이 되는 조형물의 성형을 설명하기 위한 도면으로, 도 2의 III-III` 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. FIG. 3 is a diagram for explaining the molding of a sculpture that is a target of the multi-phase 3D printing device shown in FIG. 1, and is a cross-sectional view taken along line III-III′ of FIG. 2.
도 4에는 도 1에 도시된 다중-상 3D 프린팅 장치의 조형 대상이 되는 조형물의 성형을 설명하기 위한 도면으로, 서로 다른 제1, 제2 소재(M1,M2)가 토출되는 스테이지(S) 상의 제1, 제2 토출 위치(P1,P2)로부터 형성되는 조형물의 윤곽 및 조형물의 윤곽으로 둘러싸인 충진 공간(FS) 내를 채우는 조형물의 성형을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. FIG. 4 is a diagram for explaining the molding of a sculpture that is the object of modeling by the multi-phase 3D printing device shown in FIG. 1, on the stage (S) from which different first and second materials (M1 and M2) are discharged. A drawing is shown to explain the outline of the sculpture formed from the first and second discharge positions P1 and P2 and the molding of the sculpture filling the filling space FS surrounded by the outline of the sculpture.
도 5에는 도 1에 도시된 압출 장치(80)를 설명하기 위한 것으로, 도 1의 압출 장치(80)의 개략적인 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다. FIG. 5 is for explaining the
도 6 및 도 7에는 제1, 제2 소재(M1,M2)가 토출되는 스테이지(S) 상의 제1, 제2 토출 위치(P1,P2)로부터 형성되는 조형물의 윤곽 및 조형물의 윤곽으로 둘러싸인 충진 공간(FS) 내를 채우는 조형물의 성형을 설명하기 위한 도면으로, 각각 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출이 시간적인 선후 관계로 이루어지는 구동 모드와, 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출이 동시에 이루어지는 구동 모드를 각각 설명하기 위한 도면들이 도시되어 있다. 6 and 7 show the outline of the sculpture formed from the first and second discharge positions (P1, P2) on the stage (S) where the first and second materials (M1, M2) are discharged, and the filling surrounded by the outline of the sculpture. This is a drawing to explain the molding of a sculpture that fills the space FS. It shows a driving mode in which the first and second materials M1 and M2 are discharged in a temporal sequential relationship, respectively, and the first and second materials M1 ,Drawings are shown to explain each driving mode in which the discharge of M2) occurs simultaneously.
도 8에는 도 1에 도시된 다중-상 3D 프린팅 장치의 일부를 도시한 사시도가 도시되어 있다. FIG. 8 shows a perspective view of a portion of the multi-phase 3D printing device shown in FIG. 1.
도 9에는 도 8에 도시된 매립 블록(40) 내에 매립되는 가열 퍼널(10), 토출 유닛(20) 및 제1 열원(15) 간의 조립을 설명하기 위한 분해 사시도가 도시되어 있다. FIG. 9 shows an exploded perspective view for explaining the assembly between the
도 10에는 매립 블록(40)과 가열 챔버(50) 간의 기밀성 조립을 설명하기 위한 분해 사시도가 도시되어 있다. Figure 10 shows an exploded perspective view for explaining the airtight assembly between the buried
도 11에는 도 10에 도시된 매립 블록(40)에 형성된 토출 홀(40``)을 설명하기 위한 분해 사시도가 도시되어 있다. FIG. 11 shows an exploded perspective view to explain the
도 12에는 가열 퍼널(10) 상에 배치되는 밀봉 커버(1)와 밀봉 커버(1) 내에 채워진 가스(RG)의 내부 압력에 따라 가열 퍼널(10) 내의 제2 소재(M2)의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도가 제어되는 구성을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 12 shows the flow rate of the second material (M2) in the heating funnel (10) according to the internal pressure of the sealing cover (1) disposed on the heating funnel (10) and the gas (RG) filled in the sealing cover (1). A diagram is shown to explain a configuration in which the rate (volume passing through the cross-sectional area per unit time) or discharge rate is controlled.
도 13(a)에는 하나의 성형물이 제작되는 텍-타임(tact-time) 동안에, 목표 온로로서 추종되는 가열 퍼널(10) 내의 제1 온도(T1)의 온도 프로파일과 토출 유닛(20)의 제2 온도(T2)의 온도 프로파일을 예시적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다. Figure 13(a) shows the temperature profile of the first temperature T1 in the
도 13(b)에는 하나의 성형물이 제작되는 텍-타임(tact-time) 동안에, 목표 온도로서 추종되는 가열 퍼널(10) 내의 제3 온도(T3)의 온도 프로파일을 예시적으로 보여주는 도면으로, 조형물의 서냉을 위하여 제3 온도(T3)의 완만한 프로파일을 예시적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다. FIG. 13(b) is a diagram exemplarily showing the temperature profile of the third temperature T3 in the
도 14(a) 및 도 14(b)에는 서로 다른 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)에 따라 동일한 목표 위치로 이동하기 위하여 요구되는 스테이지(S)의 이송량의 변화를 개략적으로 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 14(a) and 14(b) show the transfer amount of the stage S required to move to the same target position according to the gap g between the different first and
도 15 및 도 16에는 도 1에 도시된 조형물의 지지 기반을 제공하는 스테이지(S)와 액츄에이터(A) 사이의 동력 연결과, 액츄에이터(A)의 구동과 무관하게 가열 챔버(50)의 오프닝(50```)을 밀폐하기 위한 자바라 커버(ZC) 및 자바라 커버(ZC)에 연결된 링크 구조(L)를 설명하기 위한 서로 다른 도면들이 도시되어 있다. 15 and 16 show the power connection between the stage (S) and the actuator (A), which provides a support base for the sculpture shown in FIG. 1, and the opening of the
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 다중-상 3D 프린팅 장치는, 조형 대상이 되는 조형물의 지지 기반을 제공하는 스테이지(S)와, 조형물의 윤곽을 형성하는 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재(M1)와, 제1 소재(M1)로 형성된 조형물의 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 공간(FS)을 채우는 액상의 제2 소재(M2)를 각각 토출하도록 스테이지(S) 상에서 배치된 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)과, 제1 토출 노즐(10a)과 연결된 것으로, 세라믹 입자와 세라믹 입자가 분산된 매트릭스가 혼합된 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재(M1)를 토출하도록, 제1 토출 노즐(10a)을 향하여 제1 소재(M1)를 압출시키기 위한 압출 장치(80)와, 제2 토출 노즐(20a)과 연결된 것으로, 금속 블록을 입력으로 하여, 제2 토출 노즐(20a)을 통하여 금속 블록이 용융된 액상의 금속 유동의 제2 소재(M2)를 토출하도록, 금속 블록을 용융시키기 위한 가열 퍼널(10)과, 스테이지(S)를 수용하면서 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 스테이지(S) 상으로 축적된 제1, 제2 소재(M1,M2)의 서냉 공간(50`)을 제공하기 위한 가열 챔버(50)를 포함할 수 있다. Referring to the drawings, a multi-phase 3D printing device according to an embodiment of the present invention includes a stage (S) that provides a support base for the sculpture to be printed, and a paste-like or slurry-like agent that forms the outline of the sculpture. A first material (M1) and a liquid second material (M2) arranged on the stage (S) that fill the filling space (FS) surrounded by the outline of the sculpture formed of the first material (M1), respectively. The second discharge nozzles (10a, 20a) are connected to the first discharge nozzle (10a) to discharge the first material (M1) in the form of paste or slurry, which is a mixture of ceramic particles and a matrix in which ceramic particles are dispersed. 1 An
본 발명의 일 실시형태에 따른 다중-상 3차원 프린팅 장치는, 조형 대상이 되는 3차원 조형물의 슬라이싱된 섹션 데이터에 따라, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 공급되는 제1, 제2 소재(M1,M2)의 누적으로부터 3차원 조형물을 형성할 수 있다. A multi-phase 3D printing device according to an embodiment of the present invention provides first and
본 발명의 일 실시형태에서, 조형 대상이 되는 조형물의 윤곽을 형성하기 위한 제1 소재(M1)는 세라믹 입자와 상기 세라믹 입자가 분산된 매트릭스가 혼합된 페이스트 상 또는 슬러리 상으로 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 제1 소재(M1)는 세라믹 입자와 세라믹 입자의 유동성을 제공하기 위한 매트릭스가 혼합된 페이스트 상 또는 슬러리 상으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매트릭스란 다수의 세라믹 입자와 혼합되어 다수의 세라믹 입자가 분산된 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재(M1)를 형성하도록 분산된 형태로 다수의 세라믹 입자를 수용하는 바탕 물질로서, 예를 들어, 액상이나 젤 상과 같이 유동성을 갖춘 물질 상을 가질 수 있으며, 다수의 세라믹 입자에 대한 유동성을 제공하기 위한 물(H2O)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매트릭스는 세라믹 입자에 대한 유동성을 부여하기 위한 비이클로서 물(H20)을 포함할 수 있으며, 이외에, 예를 들어, 제1 소재(M1)의 점성 제어를 위한 바인더는 포함하지 않을 수 있다. 본 발명의 구체적인 실시형태에서, 상기 제1 소재(M1)는 다수의 세라믹 입자와 다수의 세라믹 입자가 분산된 매트릭스로서의 물(H2O)을 포함할 수 있다. 한편, 상기 조형물의 윤곽 내부에서 조형물 자체를 형성하기 위한 제2 소재(M2)는 액상의 금속으로 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로 액상의 금속 유동으로 형성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first material M1 for forming the outline of the sculpture to be modeled may be formed in a paste or slurry form in which ceramic particles and a matrix in which the ceramic particles are dispersed are mixed, More specifically, the first material M1 may be formed in a paste or slurry form in which ceramic particles and a matrix to provide fluidity of the ceramic particles are mixed. In one embodiment of the present invention, the matrix is mixed with a plurality of ceramic particles to accommodate a plurality of ceramic particles in a dispersed form to form a first material (M1) in the form of a paste or slurry in which the plurality of ceramic particles are dispersed. As a base material, for example, it may have a fluid phase, such as a liquid or gel phase, and may include water (H2O) to provide fluidity to a plurality of ceramic particles. In one embodiment of the present invention, the matrix may include water (H20) as a vehicle for imparting fluidity to the ceramic particles, and in addition, for example, a binder for controlling the viscosity of the first material (M1). may not be included. In a specific embodiment of the present invention, the first material M1 may include a plurality of ceramic particles and water (H2O) as a matrix in which the plurality of ceramic particles are dispersed. Meanwhile, the second material M2 for forming the sculpture itself within the outline of the sculpture may be formed of liquid metal, and more specifically, may be formed of liquid metal flow.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 소재(M1,M2)는 각각 서로 다른 제1, 제2 원료로부터 서로 다른 전처리 프로세스를 통하여 마련될 수 있으며, 예를 들어, 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재(M1)와 액상의 제2 소재(M2)는 서로 다른 물질 상으로 서로 다른 유동성을 갖기 때문에, 상기 제1, 제2 소재(M1,M2)는 각각 서로 다른 전처리 프로세스를 통하여 상기 스테이지(S) 상으로 공급될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first and second materials M1 and M2 may be prepared from different first and second raw materials through different pretreatment processes, for example, in the form of paste or slurry. Since the first material (M1) in the liquid phase and the second material (M2) in the liquid phase are different materials and have different fluidity, the first and second materials (M1, M2) are each processed through different pretreatment processes. It can be supplied onto the stage (S).
상기 제1 소재(M1)에 대해, 상기 제1 소재(M1)는 고상의 세라믹 입자와 액상(또는 젤 상)의 비이클 및/또는 바인더가 혼합된 페이스트 상 내지는 슬러리 상의 복합 소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어 세라믹 입자는 μm 스케일의 입경을 가질 수 있다. 이러한 제1 소재(M1)는, 세라믹 입자가 분산된 페이스트 상 또는 슬러리 상으로 형성되면서 액상의 금속 또는 금속 유동으로 형성되는 제2 소재(M2) 보다는 유동성이 떨어질 수 있으며, 서로 다른 물질 상을 갖는 세라믹 입자(고상)와 세라믹 입자가 수용하는 매트릭스(액상 또는 젤 상) 사이에서 균질한 혼합(또는 균질한 농도로 분산)을 형성하도록, 압출(extrusion)을 이용하여 제1 토출 노즐(10a) 또는 제1 토출 노즐(10a)로 연결되는 연결 관체(70)를 통하여 제1 소재(M1)를 강제 이송시킬 수 있다. Regarding the first material (M1), the first material (M1) may be formed of a paste-like or slurry-like composite material in which solid ceramic particles and a liquid (or gel-like) vehicle and/or binder are mixed, , for example, ceramic particles may have a particle size on the μm scale. This first material (M1) may be less fluid than the second material (M2), which is formed as a paste or slurry with dispersed ceramic particles and is formed as a liquid metal or metal flow, and has different material phases. The
예를 들어, 상기 제1 소재(M1)를 압출시키는 압출 장치(80)는, 제1 소재(M1)의 고상 성분을 형성하는 세라믹 입자가 투입되는 제1 호퍼(81)와, 세라믹 입자를 수용하여 페이스트 상 또는 슬러리 상을 형성하는 매트릭스가 투입되는 제2 호퍼(82)를 포함할 수 있으며, 제1, 제2 호퍼(81,82)로부터 투입되는 세라믹 입자와 매트릭스는 압출 장치(80)의 이송관(83) 내부로 함께 투입되며, 이송관(83) 내부에 형성된 회전 스크루(85)를 통하여 서로 혼합되면서 스테이지(S)를 향하는 공급 방향을 따라 이송될 수 있고, 예를 들어, 압출 장치(80)의 토출구(80a)와 스테이지(S) 상에 형성된 제1 토출 노즐(10a) 내지는 하단의 제1 토출 노즐(10a)을 포함하는 토출 유닛(20) 사이에서 제1 소재(M1)의 이송을 매개하는 연결 관체(70)를 경유하고 후술하는 매립 블록(40) 내에 매립된 토출 유닛(20)을 따라 토출 유닛(20) 하단의 제1 토출 노즐(10a)을 통하여 스테이지(S) 상으로 토출될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 연결 관체(70)의 상류 단부는 상기 압출 장치(80)의 토출구(80a)에 연결될 수 있으며, 상기 연결 관체(70)의 하류 단부는 하단의 제1 토출 노즐(10a)을 포함하는 토출 유닛(20)에 연결될 수 있다. For example, the
상기 제2 소재(M2)에 대해, 상기 제2 소재(M2)는 고상의 금속 블록을 입력으로 하여, 투입된 금속 블록을 용융점 이상으로 가열하는 가열 퍼널(10)로부터 형성된 액상의 금속 내지는 금속 유동으로 형성될 수 있으며, 가열 퍼널(10)의 내부 공간에서 용융된 금속 내지는 금속 유동은 가열 퍼널(10)의 하단을 형성하는 제2 토출 노즐(20a)을 통하여 스테이지(S) 상으로 토출될 수 있다.Regarding the second material M2, the second material M2 is a liquid metal or metal flow formed from a
다시 말하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 제2 소재(M2)가 토출되는 하단의 제2 토출 노즐(20a)을 포함하는 가열 퍼널(10) 내에 제2 소재(M2)의 원료(제2 원료)로서 저융점의 금속 블록을 투입하고 가열 퍼널(10)을 금속 블록의 용융점 이상으로 가열함으로써, 제2 소재(M2)를 형성하는 액상의 금속 유동을 형성할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서 상기 제2 소재(M2)의 원료(제2 원료)로서 저융점의 금속 블록은 낮은 높이의 슬림화된 사이즈를 갖는 원반 디스크 형상으로 형성될 수 있으며, 저융점의 금속 블록의 최장 디멘젼은 원반의 직경에 해당될 수 있으며, 저융점의 금속 블록의 직경은 대략 50mm 정도일 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 저융점의 금속 블록을 입력으로 하여, 금속 유동을 토출하는 가열 퍼널(10)은 대략 Y자 형상의 퍼널 형상으로 형성될 수 있으며, 저융점의 금속 블록이 투입되는 상단의 투입구의 내경 보다 금속 유동이 토출되는 하단의 제2 토출 노즐(20a)의 내경이 더 작은 사이즈로 형성될 수 있다. 예를 들어, 저융점의 금속 블록이 투입되는 상단의 투입구의 내경은 저융점의 금속 블록의 최장 디멘젼 보다 큰 사이즈로 형성될 수 있으며, 이와 달리, 저융점의 금속 블록이 가열 퍼널(10) 내에서 용융되어 형성된 금속 유동이 토출되는 하단의 제2 토출 노즐(20a)의 내경은 저융점의 금속 블록의 최장 디멘젼 보다 작은 사이즈로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 저융점의 금속 블록의 최장 디멘젼이 저융점 금속 블록의 원반 디스크 형상에서 원반의 직경에 해당될 수 있으며, 원반의 직경이 대략 50mm 정도로 형성될 때, 본 발명의 일 실시형태에서 제2 토출 노즐(20a)의 내경은 고상의 원반 디스크의 직경인 50mm 보다 작은 0.1mm~4mm 정도로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 1mm~2mm 정도로 형성될 수 있다. In other words, in one embodiment of the present invention, the raw material (second raw material) of the second material M2 is in the
본 명세서를 통하여 상하 방향(Z1) 내지는 높이 방향(Z1)이란 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 스테이지(S) 상으로 제1, 제2 소재(M1,M2)가 토출되는 방향에 해당될 수 있으며, 각각의 제1, 제2 소재(M1,M2)가 토출되는 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)과 스테이지(S)가 서로로부터 이격된 방향을 의미할 수 있으며, 예를 들어, 가열 퍼널(10)의 하단 및 상단이란 높이 방향(Z1)을 따라 가열 퍼널(10)의 양 단부 중에서 스테이지(S)와 상대적으로 인접한 근거리 단부 및 스테이지(S)로부터 상대적으로 먼 원거리 단부를 의미할 수 있으며, 유사하게, 토출 유닛(20)의 하단 및 상단이란 토출 유닛(20)의 양 단부 중에서 스테이지(S)와 상대적으로 인접한 근거리 단부 및 스테이지(S)로부터 상대적으로 먼 원거리 단부를 의미할 수 있다. Throughout this specification, the vertical direction (Z1) or the height direction (Z1) refers to the direction in which the first and second materials (M1, M2) are discharged from the first and second discharge nozzles (10a, 20a) onto the stage (S). It may correspond to a direction in which the first and second discharge nozzles (10a, 20a) and the stage (S) through which each of the first and second materials (M1 and M2) are discharged are spaced apart from each other. For example, the bottom and top of the
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 퍼널(10)은 하단에 형성된 제1 토출 노즐(10a)을 통하여 스테이지(S) 상으로 제1 소재(M1)를 토출하기 위한 구성에 해당될 수 있으며, 상기 토출 유닛(20)은 하단에 형성된 제2 토출 노즐(20a)을 통하여 스테이지(S) 상으로 제2 소재(M2)를 토출하기 위한 구성에 해당될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)은 매립 블록(40) 내에 함께 매립될 수 있으며, 상기 매립 블록(40)은 상기 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)을 함께 매립하여 위치 고정시킴으로써 가열 퍼널(10)의 하단을 형성하는 제1 토출 노즐(10a)과 토출 유닛(20)의 하단을 형성하는 제2 토출 노즐(20a) 사이의 간격을 정의할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)은 가열 퍼널(10)의 외주면 상에 권취된 제1 열원(15)을 둘러싸면서 제1 열원(15)에 의해 제어되는 가열 퍼널(10)의 내부 공간의 온도를 금속 블록의 용융점 이상의 제2 온도(T2)로 유지하도록 가열 퍼널(10)의 내부 공간을 주변 환경으로부터 단열시킬 수 있으며, 제1 열원(15)을 사이에 개재하여 상기 가열 퍼널(10)의 반대 편에 배치된 토출 유닛(20)의 온도를 주변 환경의 온도 내지는 상온 보다 높지만 금속 블록의 용융점 보다는 낮은 제1 온도(T1)로 유지하도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서 상기 매립 블록(40)은 단열 소재로 형성될 수 있으며, 각각 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출을 위한 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20) 사이에 개재되어 이들 사이에서 열적 저항을 생성하여 온도 차이를 유도할 수 있으며, 예를 들어, 각각 가열 퍼널(10)의 내부 제2 온도(T2)는 금속 블록의 용융점 이상으로 형성하면서 토출 유닛(20)의 제1 온도(T1)는 금속 블록의 용융점 보다는 낮되, 주변 환경의 온도 내지는 상온 보다는 높은 온도를 유지하도록 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 퍼널(10)은 상단의 투입구의 내경으로부터 하단의 제2 토출 노즐(20a)의 내경에 이르기까지 점진적으로 내경이 축소되는 대략 Y자의 깔때기 형상으로 형성될 수 있으며, 이때, 상기 토출 유닛(20)은 상기 가열 퍼널(10)과 나란하게 연장되도록 경사진 사선 형태로 연장될 수 있으며, 서로 나란하게 연장되는 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)은 상단으로부터 하단의 제2 토출 노즐(20a) 및 제1 토출 노즐(10a)에 이르기까지 높이 방향(Z1)을 따라 일정한 간격을 유지할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 퍼널(10)은 높이 방향(Z1)을 따라 반경 방향(Z2,Z3)으로 내경이 점진적으로 축소되는 깔때기 형상으로 연장되다가, 스테이지(S)를 향하여 높이 방향(Z1)을 따라 직선적으로 연장되는 하단의 제2 토출 노즐(20a)을 형성할 수 있으며, 상기 가열 퍼널(10)과 나란하게 연장되는 토출 유닛(20)은 높이 방향(Z1) 및 반경 방향(Z2,Z3)을 동시에 추종하도록 사선 방향으로 연장되다가 스테이지(S)를 향하여 높이 방향(Z1)을 따라 직선적으로 연장되는 제1 토출 노즐(10a)을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)은 각각의 제2 토출 노즐(20a) 및 제1 토출 노즐(10a)의 위치에서 변형 포인트를 형성하면서, 가열 퍼널(10)의 최소 내경의 병목을 형성하거나 또는 토출 유닛(20)의 절곡을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 퍼널의 병목과 토출 유닛의 절곡은 높이 방향을 따라 동일한 레벨에 형성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)은 높이 방향(Z1)을 따라 동일한 레벨에서 동일한 간격을 유지하도록 서로 나란하게 연장될 수 있으며, 상기 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)은 각각의 하단을 형성하는 제2 토출 노즐(20a) 및 제1 토출 노즐(10a) 사이의 간격과 동일한 간격을 유지하면서 상단으로부터 하단의 제2 토출 노즐(20a) 및 제1 토출 노즐(10a)까지 연장될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20) 사이에 개재된 제1 열원(15) 및 상기 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20) 사이의 간격을 채우는 매립 블록(40)을 통하여 각각의 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20)의 온도를 서로 다른 제1, 제2 온도(T1,T2)로 유지할 수 있으며, 예를 들어, 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20) 사이의 간격을 채우는 매립 블록(40)의 단열 소재를 통하여 열적 저항을 형성함으로써, 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20)을 각각 서로 다른 제2 온도(T2) 및 제1 온도(T1)로 유지할 수 있다. In one embodiment of the present invention, a
상기 제1 온도(T1)는 금속 블록의 용융점 보다 낮으면서 주변 환경의 온도 내지는 상온 보다 높은 온도에 해당될 수 있으며, 상기 제2 온도(T2)는 금속 블록의 용융점 이상의 온도에 해당될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 토출 유닛(20)의 제1 온도(T1)는 토출 유닛(20)의 하단을 형성하는 제1 토출 노즐(10a)로부터 토출되는 제1 소재(M1) 중 세라믹 입자가 분산된 매트릭스의 기화 내지는 휘발을 억제하면서 제1 소재(M1)의 페이스트 상 또는 슬러리 상을 유지할 수 있는 충분히 낮은 온도이면서 스테이지(S) 상에서 조형물의 윤곽을 형성하는 제1 소재(M1)와 맞닿으면서 조형물 자체를 형성하는 액상의 제2 소재(M2)의 급속 냉각 및 이로 인한 퀀칭의 열처리 효과를 억제할 수 있도록, 다시 말하면, 조형물의 윤곽을 형성하는 제1 소재(M1)와 맞닿는 제2 소재(M2)에 대해 어닐링의 열처리 효과를 유도하도록 제1, 제2 소재(M1,M2) 간의 접촉으로부터 제2 소재(M2)의 서냉을 유지할 수 있는 충분히 높은 온도에 해당될 수 있다. 한편, 상기 가열 퍼널(10)의 제2 온도(T2) 또는 가열 퍼널(10)의 내부 공간의 제2 온도(T2)는 금속 블록의 용융점 이상의 온도에 해당될 수 있으며, 가열 퍼널(10)의 내부 공간으로 투입된 금속 블록을 용융시키고 가열 퍼널(10)의 하단을 형성하는 제2 토출 노즐(20a)을 통하여 액상의 제2 소재(M2)를 토출하도록, 가열 퍼널(10)의 내부 공간의 제2 온도(T2)는 금속 블록의 용융점 이상의 온도에 해당될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 열원(15)은 가열 퍼널(10)의 외주면 상을 따라 권취되면서 가열 퍼널(10)의 내부 공간의 온도를 금속 블록의 용융점 이상의 제2 온도(T2)로 유지할 수 있으며, 가열 퍼널(10)의 외주면 상에 권취된 제1 열원(15)을 둘러싸는 매립 블록(40)을 통하여 가열 퍼널(10)의 내부 공간을 주변 환경으로부터 단열시킬 수 있고, 제1 열원(15)이 권취된 가열 퍼널(10)의 외주면과 토출 유닛(20) 사이의 간격을 채우는 매립 블록(40)의 단열 소재를 통하여 가열 퍼널(10)의 내부 공간의 제2 온도(T2)와 토출 유닛(20)의 제1 온도(T1) 사이의 온도 차이를 유도할 수 있는 열적 저항을 형성할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 온도(T1)는 금속 블록의 용융점 보다 낮으면서 주변 환경의 온도 내지는 상온 보다 높은 온도에 해당되고, 제2 온도(T2)는 금속 블록의 용융점 이상의 온도에 해당될 수 있으며, 이에 따라, 토출 유닛(20)의 제1 온도(T1) < 가열 퍼널(10)의 제2 온도(T2, 또는 가열 퍼널 10의 내부 공간의 제2 온도 T2)의 관계를 만족할 수 있으며, 이들 토출 유닛(20)의 제1 온도(T1) 및 가열 퍼널(10)의 제2 온도(T2)에 관여하는 제1 열원(15)은 서로 나란하게 연장되는 토출 유닛(20)과 가열 퍼널(10) 사이에 개재되되, 상대적으로 높은 제2 온도(T2)를 형성하도록, 가열 퍼널(10) 측에 보다 인접하게 배치될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1 열원(15)은 가열 퍼널(10)의 외주면 상에 권취될 수 있으며, 가열 퍼널(10)의 외주면 상에 권취된 제1 열원(15)과의 사이에 매립 블록(40)의 단열 소재를 개재하여 상기 토출 유닛(20)이 배치될 수 있다. The first temperature (T1) may correspond to a temperature lower than the melting point of the metal block and higher than the temperature of the surrounding environment or room temperature, and the second temperature (T2) may correspond to a temperature higher than the melting point of the metal block. In one embodiment of the present invention, the first temperature T1 of the
본 명세서를 통하여, 상기 매립 블록(40)이 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20)을 함께 매립한다는 것은, 상기 매립 블록(40)이 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20)의 전부를 온전하게 매립한다는 것을 의미한다기 보다는, 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20)의 하단을 형성하는 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)은 온전하게 매립하되, 금속 블록이 투입되는 투입구의 위치를 외관 상으로 확인할 수 있도록 가열 퍼널(10)의 상단을 형성하는 투입구를 노출시키고, 압출 장치(80)와 연결된 연결 관체(70)가 끼워지는 토출 유닛(20)의 상단을 노출시키는 것을 포괄적으로 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 매립 블록(40)으로부터 매립되는 가열 퍼널(10)의 위치와 관련하여, 상기 매립 블록(40)은 제1 열원(15)이 권취된 가열 퍼널(10)의 대부분을 매립하되, 상기 가열 퍼널(10)의 상단을 형성하는 투입구로부터 제1 열원(15)이 권취되기 시작하는 권취 시점의 레벨 이전까지 가열 퍼널(10)의 상부를 노출시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서 상기 매립 블록(40)은 가열 퍼널(10)의 외주면 상에 권취된 제1 열원(15)으로부터의 열 손실을 차단하기 위하여, 주변 환경으로부터의 단열을 제공할 수 있으며, 이를 위해, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)은 적어도 제1 열원(15)의 권취 시점으로부터 권취 종료점까지의 가열 퍼널(10)을 매립할 수 있으며, 예를 들어, 가열 퍼널(10)의 상단에 형성된 투입구로부터 제1 열원(15)의 권취 시점 이전까지를 노출시킬 수 있다. Throughout this specification, the embedding
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)은 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20)의 대부분을 매립하되, 가열 퍼널(10)의 상단을 형성하는 투입구와 토출 유닛(20)의 상단을 형성하는 피팅 단부(20b)를 노출시킬 수 있으며, 각각 금속 블록의 투입을 위한 가열 퍼널(10)의 상단과 연결 관체(70)의 연결을 위한 토출 유닛(20)의 상단을 포함하여 소정의 여유를 갖도록 이들 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20)의 상부를 노출시킬 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)의 상부에는 가열 퍼널(10)의 상단을 형성하는 투입구와 토출 유닛(20)의 상단을 형성하는 피팅 단부(20b) 외에, 가열 퍼널(10)의 외주면을 둘러싸는 제1 열원(15)의 전기적인 접점(15a)이 노출될 수 있으며, 상기 제1 열원(15)의 전기적인 접점(15a)은 주변의 다른 구성과의 전기적인 간섭이 차단될 수 있도록, 가장 높은 레벨까지 돌출될 수 있으며, 예를 들어, 높이 방향(Z1)을 따라 가열 퍼널(10)의 투입구 및 토출 유닛(20)의 피팅 단부(20b) 보다 더 높은 레벨까지 돌출될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the embedding
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)은, 상기 제1 열원(15)과 함께, 상기 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20)을 더불어 매립할 수 있으며, 상기 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20)을 함께 매립하는 매립 블록(40)은, 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20)의 하단을 각각 형성하는 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 제1, 제2 소재(M1,M2)가 축적되는 스테이지(S)를 수용하면서 스테이지(S)를 지지 기반으로 하여 형성되는 조형물의 서냉 공간(50`)을 제공하기 위한 가열 챔버(50)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)과 가열 챔버(50)는 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 상기 스테이지(S)가 수용된 서냉 공간(50`)을 향하여 제1, 제2 소재(M1,M2)의 유동을 허용하기 위한 토출 홀(40``)을 통하여 상하로 연결될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the embedding
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40) 내에 매립된 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20)으로부터 토출되는 제1, 제2 소재(M1,M2)는 상기 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`)에 배치된 스테이지(S) 상으로 축적될 수 있으며, 이와 같이, 매립 블록(40)과 가열 챔버(50)는, 상기 제1, 제2 소재(M1,M2)의 유동을 허용할 수 있도록 서로 유체적으로 연결될 수 있다. 본 명세서를 통하여 매립 블록(40)과 가열 챔버(50)가 서로 유체적으로 연결된다는 것은, 매립 블록(40) 내에 매립된 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20)으로부터의 제1, 제2 소재(M1,M2)가 가열 챔버(50) 내에 배치된 스테이지(S) 상으로 축적될 수 있다는 것을 의미할 수 있으며, 이런 의미에서, 상기 매립 블록(40)과 가열 챔버(50)가 서로 유체적으로 연결된다는 것은 매립 블록(40) 내에 매립된 가열 퍼널(10)의 내부 공간(제2 소재 M2가 수용된 가열 퍼널 10의 내부 공간) 및 토출 유닛(20)의 내부 공간(제1 소재 M1가 수용된 토출 유닛 20의 내부 공간)이, 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`, 스테이지 S가 수용된 서냉 공간 50`)과 연결되면서, 이들 가열 퍼널(10)의 내부 공간, 토출 유닛(20)의 내부 공간 및 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`)이 모두 연결된 하나의 공간을 형성한다는 것을 의미할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first and second materials M1 and M2 discharged from the
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 조형물의 지지 기반을 제공하는 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`)은, 매립 블록(40)과 가열 챔버(50)의 조립을 통하여 밀봉될 수 있다. 이때, 상기 매립 블록(40)과 가열 챔버(50)의 조립을 통하여 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`)이 밀봉된다는 것은, 상기 매립 블록(40) 및 가열 챔버(50)는 서로 유체적으로 연결되면서 하나의 공간을 형성할 수 있으며, 이와 같이 형성된 하나의 공간, 예를 들어, 제2 소재(M2)가 수용된 가열 퍼널(10)의 내부 공간, 제1 소재(M1)가 수용된 토출 유닛(20)의 내부 공간 및 스테이지(S)가 배치된 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`)이 서로 유체적으로 연결된 하나의 공간을 형성하면서, 상하 방향(Z1)을 따라 매립 블록(40)과 가열 챔버(50)가 서로 조립되면서 하나의 공간이 밀봉된다는 것을 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)의 상단으로 노출된 가열 퍼널(10)의 투입구 상에는 가열 퍼널(10)의 투입구를 밀봉하는 밀봉 커버(1)가 배치될 수 있으며, 예를 들어, 가열 퍼널(10)의 내부 공간을 밀봉하는 밀봉 커버(1)에 의해 밀폐된 가열 퍼널(10)의 내부 공간에 채워진 가스(RG)의 압력에 따라 가열 퍼널(10)의 내부 공간으로부터 가열 퍼널(10)의 하단을 형성하는 제2 토출 노즐(20a)로부터 토출되는 제2 소재(M2)의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도가 제어될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 퍼널(10)의 내부 공간에는 금속 블록으로부터 용융된 금속 유동과, 상기 금속 유동의 액면에 대해 소정의 압력을 작용하는 가스(RG), 예를 들어, 공기를 포함하는 가스(RG)가 채워질 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서는 가스(RG)의 압력을 가감 제어함으로써, 가열 퍼널(10)의 하단을 형성하는 제2 토출 노즐(20a)로부터 토출되는 제2 소재(M2)의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 가열 퍼널(10)의 내부 공간에 채워진 가스(RG)는 희가스를 포함할 수 있으며, 가열 퍼널(10)의 내부 공간에 형성된 금속 유동의 산화를 방지하면서 금속 유동의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도를 제어할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 액상의 제2 소재(M2)는 가열 퍼널(10)의 내부 공간에 채워진 가스(RG)의 압력으로부터 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도가 제어될 수 있으며, 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재(M1)는 압출 장치(80)의 이송관(83) 내부에서 회전되는 회전 스크루(85)의 회전 속도로부터 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도가 제어될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 각각 서로 다른 물질 상으로 서로 다른 조형물의 윤곽 및 조형물 자체를 형성하는 제1, 제2 소재(M1,M2)는 서로 다른 제어 기구를 통하여 각각의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도가 제어될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the slow cooling space 50' of the
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)과 가열 챔버(50)는 서로 유체적으로 연결된 하나의 공간을 형성할 수 있으며, 예를 들어, 매립 블록(40)과 가열 챔버(50)의 조립으로부터 하나의 공간이 밀봉될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 금속 블록의 용융점 이상의 제2 온도(T2)로 설정되는 가열 퍼널(10)의 내부 공간과, 금속 블록의 용융점 보다 낮고 상온 보다 높은 제1 온도(T1)로 설정되는 토출 유닛(20)의 내부 공간과, 상기 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)의 하단을 형성하는 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 토출되는 제1, 제2 소재(M1,M2)가 축적되는 스테이지(S)가 수용된 서냉 공간(50`)은, 제1, 제2 소재(M1,M2)의 유동을 허용하도록 서로 연결된 하나의 공간을 형성할 수 있으며, 매립 블록(40)과 가열 챔버(50) 간의 조립을 통하여 서로 연결된 하나의 공간이 외부로부터 단열될 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 매립 블록(40) 및 가열 챔버(50)는 단차진 계면(단차진 조립부 ST1)을 통하여 서로에 대한 밀봉 결합을 형성하여 내부 열기 또는 외부 냉기의 소통을 차단할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는 서로에 대해 밀봉 결합을 형성하는 매립 블록(40) 및 가열 챔버(50)에 각각 서로 다른 제1, 제2 열원(15,55), 예를 들어, 서로 독립적으로 구동되는 제1, 제2 열원(15,55)을 설치함으로써, 매립 블록(40) 내에 매립된 가열 퍼널(10)의 제2 온도(T2) 및 토출 유닛(20)의 제1 온도(T1)와, 스테이지(S) 상에 형성된 조형물의 서냉 온도 내지는 서냉을 위한 제3 온도(T3)의 온도 프로파일을 서로 독립적으로 제어하면서도, 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출을 위하여 서로 유체적으로 연결되는 매립 블록(40) 및 가열 챔버(50)가 형성하는 하나의 공간을 기밀하게 밀봉하여 주변 환경으로부터 단열시키도록 매립 블록(40) 및 가열 챔버(50)는 그들 사이의 단차진 계면(조립부 ST1, ST2)을 통하여 서로에 대한 밀봉 결합을 형성할 수 있다. 본 명세서를 통하여 매립 블록(40) 및 가열 챔버(50)의 조립을 통하여 매립 블록(40) 및 가열 챔버(50)가 형성하는 하나의 공간, 예를 들어, 매립 블록(40) 내에 매립된 가열 퍼널(10)의 내부 공간, 토출 유닛(20)의 내부 공간 및 가열 챔버(50) 내부의 서냉 공간(50`)이 서로 유체적으로 연결된 하나의 공간으로 밀봉된다거나 또는 주변 환경으로부터 열기 및 냉기의 유출입이 차단되도록 단열된다는 것은, 예를 들어, 매립 블록(40)의 상단으로 노출된 가열 퍼널(10)의 투입구가 밀폐된다는 것을 전제로 하는 것으로, 본 발명의 일 실시형태에서 가열 퍼널(10)의 투입구 상에는 밀봉 커버(1)가 배치될 수 있다. 한편, 상기 매립 블록(40)의 상단으로 노출된 토출 유닛(20)의 피팅 단부(20b)에는 압출 장치(80)의 토출구(80a)와 연결된 연결 관체(70)가 끼워지므로, 매립 블록(40)의 상단으로 노출된 가열 퍼널(10)의 투입구와 토출 유닛(20)의 피팅 단부(20b)를 통하여 내부의 열기 또는 외부의 냉기의 유출입이 차단되도록, 상기 매립 블록(40)의 상단으로 노출된 가열 퍼널(10)의 투입구와 토출 유닛(20)의 피팅 단부(20b)가 주변 환경으로부터 단열될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the buried
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)과 가열 챔버(50)의 조립은 매립 블록(40)과 가열 챔버(50) 사이의 밀봉 결합을 포함할 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)과 가열 챔버(50)는 단차진 계면(조립부 ST1,ST2)을 통하여 서로에 대한 밀봉 결합을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 매립 블록(40)은, 가열 챔버(50)의 상부를 정의하는 매립 블록(40, 하부 블록 42)의 바닥벽에 형성된 가열 챔버(50)와의 조립부(ST1)를 포함할 수 있으며, 상기 가열 챔버(50)는, 상기 조립부(ST1)의 단차면과 맞닿도록 배치되는 격벽(50a)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)은 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20)의 대부분을 매립하도록 상대적으로 높은 높이로 형성된 상부 블록(41)과 상기 상부 블록(41)으로부터 확장된 면적으로 형성된 하부 블록(42)을 포함할 수 있으며, 상기 하부 블록(42)의 바닥에는 가열 챔버(50)와의 밀봉 결합을 위한 조립부(ST1)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 조립부(ST1)는 하부 블록(42)의 테두리를 따라 형성된 단차면을 포함할 수 있으며, 상기 조립부(ST1)의 단차면과 맞닿도록 가열 챔버(50)의 격벽(50a)이 직립하게 조립되면서, 상기 매립 블록(40)의 하부 블록(42)과, 상기 가열 챔버(50)의 격벽(50a)으로 둘러싸인 서냉 공간(50`)이 형성될 수 있다. 상기 서냉 공간(50`)을 형성하는 가열 챔버(50)의 격벽(50a) 상에는 제2 열원(55)이 형성될 수 있다. 상기 제2 열원(55)은 상기 서냉 공간(50`)을 형성하는 격벽(50a)의 수용 채널(50```) 내에 수용되어, 조형물의 지지 기반을 제공하는 스테이지(S)를 둘러싸도록 형성될 수 있으며, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 상기 스테이지(S) 상으로 축적된 제1, 제2 소재(M1,M2)의 냉각 속도를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시형태에서는 제1 소재(M1)로 형성된 조형물의 윤곽으로 둘러싸인 충진 공간(FS) 내에 채워진 액상의 금속 유동을 냉각시킴으로써, 고상의 조형물을 형성할 수 있으며, 이때 조형물 자체를 형성하는 액상의 금속 유동의 냉각 속도의 편차에 따라 국부적으로 열 응력이 축적될 수 있으므로, 균일한 냉각을 유도하도록 시간 당 하강하는 온도 프로파일(제3 온도 T3의 온도 프로파일)을 완만하게 제어할 수 있고, 상기 제2 열원(55)은 제1, 제2 소재(M1,M2)가 축적되는 스테이지(S)를 수용하는 서냉 공간(50`)의 온도를 어닐링의 열처리 효과가 이루어질 수 있도록 서냉 공간(50`)의 온도(제3 온도 T3)를 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 제2 열원(55)은 제1 소재(M1)로 형성된 조형물의 윤곽으로 둘러싸인 충진 공간(FS)을 채우는 제2 소재(M2)의 냉각 속도가 시간 당 완만한 프로파일(제3 온도(T3)의 온도 프로파일)을 추종하도록 액상의 제2 소재(M2)에 대한 냉각 속도를 제어할 수 있으며, 제1, 제2 소재(M1,M2)가 함께 토출되는 스테이지(S)를 수용하는 서냉 공간(50`)의 온도(제3 온도(T3))를 제어함으로써, 제1, 제2 소재(M1,M2) 간의 접촉에 따라 상대적으로 저온의 제1 소재(M1)와의 접촉에 따라 제1 소재(M1)와 접촉된 제2 소재(M2)에 퀀칭의 열처리 효과가 발생하지 않도록 제1, 제2 소재(M1,M2)가 함께 토출되는 스테이지(S)가 수용된 서냉 공간(50`)의 제3 온도(T3)를 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 금속 블록의 용융점 이상의 제2 온도(T2)로 토출되는 제2 소재(M2)는 액상으로 유동성이 상대적으로 풍부할 수 있으나, 세라믹 입자가 분산된 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재(M1)는 상대적으로 유동성이 부족할 수 있으며, 이를 위하여, 제1 소재(M1) 내지는 제1 소재(M1)가 수용된 토출 유닛(20)의 온도는 제2 온도(T2) 보다 낮은 제1 온도(T1)로 설정될 수 있으며, 예를 들어, 세라믹 입자가 분산된 매트릭스(예를 들어, 세라믹 입자에 유동성을 부여하기 위한 비이클로서의 물 H20)의 기화 내지는 휘발이 저지될 수 있도록 충분히 낮은 온도로 설정될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스테이지(S) 상으로 토출되는 제1 소재(M1)의 제1 온도(T1) 및 제2 소재(M2)의 제2 온도(T2)는 제2 온도(T2) > 제1 온도(T1)의 관계를 만족할 수 있고, 이때, 상기 제1 온도(T1)는 제1 소재(M1)의 매트릭스가 기화 내지는 휘발되지 않을 정도로 충분히 낮은 온도에 해당될 수 있고, 상기 서냉 공간(50`)의 제3 온도(T3)는 세라믹 입자가 분산된 매트릭스의 기화 내지는 휘발을 통하여 고상 내지는 고상에 가까운 조형물의 윤곽을 형성하도록 제1 온도(T1) 보다는 높은 온도로 설정될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스테이지(S) 상으로 토출되는 제1 소재(M1) 내지는 제1 소재(M1)가 수용된 토출 유닛(20)의 제1 온도(T1)와, 스테이지(S) 상으로 토출되는 제2 소재(M2) 내지는 제2 소재(M2)가 수용된 가열 퍼널(10)의 제2 온도(T2)와, 상기 스테이지(S)를 수용하는 서냉 공간(50`)의 제3 온도(T3)는, 제2 온도(T2) > 제3 온도(T3) > 제1 온도(T1)의 대소 관계를 만족할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 온도(T2)는 서로 다른 목표 온도(예를 들어, 제1 내지 제3 온도 T1~T3)가 설정된 서로 다른 공간을 포함하는 다중-상 3D 프린팅 장치에서 금속 블록의 용융점 이상의 최고 온도에 해당될 수 있으며, 금속 블록의 용융점 이상의 목표 온도를 입력으로 하여 경시적으로 일정하게 유지될 수 있으며, 제1 열원(15)의 제어에 따라 일정한 온도로 유지될 수 있다. 상기 제1 열원(15)을 열 공급원으로 하여 제1 열원(15)과 함께 매립되며, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격을 매립하는 매립 블록(40)의 단열 소재가 형성하는 열 저항을 사이에 개재하여 가열 퍼널(10) 내지는 가열 퍼널(10)의 외주면을 둘러싸는 제1 열원(15)으로부터 이격된 토출 유닛(20)의 제1 온도(T1)도 제2 온도(T2)와 유사하게 경시적으로 일정하게 유지될 수 있으며, 예를 들어, 일정한 제2 온도(T2)와 일정한 열 저항을 제공하도록 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격을 매립하는 매립 블록(40)의 단열 소재로부터 토출 유닛(20)의 제1 온도(T1)도 경시적으로 일정하게 유지될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the assembly of the buried
이와 같이, 각각의 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)의 제1, 제2 온도(T1,T2)와 달리, 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`)의 제3 온도(T3)는 경시적으로 완만한 온도 프로파일로 제어될 수 있으며, 제2 열원의 제어를 통하여 사전에 설정된 완만한 온도 프로파일을 추종하도록, 그러니까, 완만한 온도 프로파일을 추종하면서 어닐링의 열처리 효과를 유도하도록 경시적으로 변화되는 온도 프로파일에 따라 점진적으로 하강하는 온도로 설정될 수 있으며, 이에 따라, 상기 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`)의 제3 온도(T3)는, 상기 제1, 제2 온도(T1,T2)와 달리, 경시적으로 변화되는 온도에 해당될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 온도(T1~T3)는, 제2 온도(T2) > 제3 온도(T3) > 제1 온도(T1)의 대소 관계를 만족할 수 있으며, 이때, 제3 온도(T3)는 경시적으로 완만하게 하강하는 온도 프로파일에서 최고의 온도에 해당될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`)은 제1 소재(M1)의 토출이 지속되는 구간 동안에는 일정한 제3 온도(T3)로 유지될 수 있으며, 스테이지(S) 상으로 토출되는 제1 소재(M1) 중 매트릭스의 기화 내지는 휘발에 적합한 상대적으로 높은 고온으로 유지될 수 있으며, 제3 온도(T3)를 완만하게 하강시키는 서냉 구간에 진입하면서 서서히 제3 온도(T3)를 낮출 수 있다. 이때, 상기 제3 온도(T3)는 스테이지(S) 상으로 제1 소재(M1)의 토출이 지속되는 구간(또는 제1, 제2 소재(M1,M2) 중에서 적어도 어느 하나의 소재의 토출이 지속되는 구간) 동안에는, 상기 제1 소재(M1) 중 매트릭스의 기화 내지는 휘발에 적합한 최고의 온도를 유지하다가, 제1 소재(M1)의 토출이 종료되고 제1 소재(M1)의 조형물의 윤곽에 둘러싸인 충진 공간(FS)을 채우는 제2 소재(M2)의 토출이 종료되어 실질적으로 조형물의 외관이 형성된 후에, 비로서 상기 제3 온도(T3)를 서서히 낮추는 서냉 구간으로 진입할 수 있다. 만일 이와 달리, 스테이지(S) 상으로 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출이 지속되는 구간에서 스테이지(S)를 수용하는 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`)의 제3 온도(T3)를 낮출 경우, 서냉의 완만한 온도 프로파일이 목적으로 하는 조형물 내부의 균일한 냉각을 유도하고 냉각 속도의 편차에 따른 열 응력 내지는 잔류 응력을 제거하기 위한 목적과 상반되게, 오히려 스테이지(S) 상으로 토출되는 각각의 층(예를 들어, 제2 소재 M2의 각각의 층)의 누적 순서에 따라 조형물 내부에서 냉각 속도의 편차를 유도하고 열 응력 내지는 잔류 응력을 야기할 수 있다. In this way, unlike the first and second temperatures T1 and T2 of each
본 발명의 일 실시형태에 따른 다중-상 3D 프린팅 장치는, 서로 다른 제1 내지 제3 온도(T1~T3)로 제어되는 서로 다른 공간을 포함할 수 있고, 상기 제1 내지 제3 온도(T1~T3)는 앞서 설명된 바와 같은 대소 관계를 가질 수 있으며, 이때 상기 제1, 제2 온도(T1,T2)는 경시적으로 일정하게 유지될 수 있는데 반하여, 상기 제3 온도(T3)는 조형물의 서냉을 위한 완만한 온도 프로파일을 추종할 수 있으며, 이때, 일정하게 유지되는 제1, 제2 온도(T1,T2)와의 비교 대상이 되는 제3 온도(T3)는 서냉을 위한 완만한 온도 프로파일에서 최고의 온도(예를 들어, 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출이 지속되는 구간에서 유지되는 최고의 온도)에 해당될 수 있다. The multi-phase 3D printing device according to an embodiment of the present invention may include different spaces controlled by different first to third temperatures (T1 to T3), and the first to third temperatures (T1). ~T3) may have a size relationship as described above, and in this case, the first and second temperatures (T1, T2) may be maintained constant over time, while the third temperature (T3) may be maintained constant over time. It is possible to follow a gentle temperature profile for slow cooling, and at this time, the third temperature (T3), which is compared with the first and second temperatures (T1, T2) that are kept constant, is a gentle temperature profile for slow cooling. It may correspond to the highest temperature (for example, the highest temperature maintained in the section where the discharge of the first and second materials (M1, M2) continues).
앞서 설명된 바와 같이, 상하 방향(Z1)을 따라 조립되는 매립 블록(40) 및 가열 챔버(50)는 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출을 허용하도록 서로 유체적으로 연결될 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 매립 블록(40) 및 가열 챔버(50)는, 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출을 허용하기 위한 토출 홀(40``)을 통하여 서로 유체적으로 연결될 수 있으며, 상기 토출 홀(40``)은 상기 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)의 대부분을 매립하는 상부 블록(41)과 연결된 하부 블록(42)에 형성될 수 있으며, 각각의 가열 퍼널(10) 및 토출유닛의 하단을 형성하는 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)과 연결된 서로 다른 두 개의 토출 홀(40``)을 포함할 수 있다. As previously described, the embedding
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)은 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)의 대부분을 매립하도록 상대적으로 높은 높이로 형성된 상부 블록(41)과 상부 블록(41)의 하부에서 상대적으로 낮은 높이의 확장된 면적으로 형성되어 상기 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`)을 덮어주기 위한 하부 블록(42)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 상부 블록(41) 및 하부 블록(42)은 대체로 육면체 형상으로 형성될 수 있으며, 상대적으로 높은 높이로 형성된 상부 블록(41)과 상기 상부 블록(41)으로부터 상대적으로 낮은 높이의 확장된 판 상으로 형성된 하부 블록(42)을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the buried
상기 제1 소재(M1)에 대해, 상기 제1 소재(M1)는 고상의 세라믹 입자와 세라믹 입자가 분산된 액상의 매트릭스가 혼합된 페이스트 상 내지는 슬러리 상의 복합 소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 세라믹 입자는 μm 스케일의 입경을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 세라믹 입자는 서로 다른 사이즈를 갖는 세라믹 입자의 혼합을 포함할 수 있으며, 서로 다른 입경의 세라믹 입자를 혼합함으로써 서로 다른 입경의 세라믹 입자들 사이에 적정의 공극을 확보하여 매트릭스의 수용 공간을 제공할 수 있으며, 스테이지(S) 상으로 축적된 서로 다른 입경의 세라믹 입자들이 공극을 매우면서, 예를 들어, 상대적으로 큰 입경의 세라믹 입자들 사이의 공극을 상대적으로 작은 입경의 세라믹 입자들이 매움으로써, 이러한 서로 다른 입경의 세라믹 입자를 혼합한 제1 소재(M1)가 매트릭스의 기화 내지는 휘발을 통하여 견고한 형상 안정성(예를 들어, 공극을 채우는 서로 다른 크기의 입자들의 형합에 따른 높이 안정성 제공)을 갖는 조형물의 윤곽을 형성할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 소재(M1)는 고상의 세라믹 입자와 분산된 세라믹 입자를 수용하는 매트릭스로서 물(H2O)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매트릭스는 분산된 세라믹 입자를 포함하여 세라믹 입자에 대한 유동성을 부여할 수 있다. 이러한 제1 소재(M1)는, 세라믹 입자가 분산된 페이스트 상 또는 슬러리 상으로 형성되면서 액상의 금속 또는 금속 유동으로 형성되는 제2 소재(M2) 보다는 유동성이 떨어질 수 있으며, 서로 다른 물질 상을 갖는 세라믹 입자(고상)와 세라믹 입자가 수용하는 매트릭스(액상 또는 젤 상) 사이에서 균질한 혼합(또는 균질한 농도로 분산)을 형성하도록, 압출(extrusion)을 이용하여 제1 소재(M1)가 토출되는 하단의 제1 토출 노즐(10a)을 포함하는 토출 유닛(20) 및 토출 유닛(20)의 피팅 단부(20b)와 연결된 연결 관체(70)를 통하여 제1 소재(M1)를 강제 이송시킬 수 있다.Regarding the first material (M1), the first material (M1) may be formed of a paste-like or slurry-like composite material in which solid ceramic particles and a liquid matrix in which the ceramic particles are dispersed are mixed, for example, , the ceramic particles may have a particle size on the μm scale. In one embodiment of the present invention, the ceramic particles may include a mixture of ceramic particles having different sizes, and by mixing ceramic particles of different particle sizes, an appropriate gap is secured between the ceramic particles of different particle sizes. This can provide a space to accommodate the matrix, and the ceramic particles of different particle sizes accumulated on the stage (S) fill the pores, for example, filling the pores between the ceramic particles of relatively large particle diameters by making them relatively small. As ceramic particles of different particle sizes are filled, the first material (M1), which is a mixture of ceramic particles of different particle sizes, has solid shape stability (e.g., the shape of particles of different sizes filling the voids) through vaporization or volatilization of the matrix. It is possible to form the outline of a sculpture with height stability (provided according to the height stability). Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the first material M1 may include water (H2O) as a matrix that accommodates the solid ceramic particles and the dispersed ceramic particles. In one embodiment of the present invention, the matrix may include dispersed ceramic particles and provide fluidity to the ceramic particles. This first material (M1) may be less fluid than the second material (M2), which is formed as a paste or slurry with dispersed ceramic particles and is formed as a liquid metal or metal flow, and has different material phases. The first material (M1) is discharged using extrusion to form a homogeneous mixture (or dispersed at a homogeneous concentration) between the ceramic particles (solid phase) and the matrix (liquid or gel phase) accommodated by the ceramic particles. The first material (M1) can be forcibly transported through the
본 발명의 일 실시형태에서, 제2 소재(M2)가 토출되는 제2 토출 노즐(20a)과 연결된 가열 퍼널(10) 내에 제2 소재(M2)의 원료(제2 원료)로서 저융점의 금속 블록을 투입하고 가열 퍼널(10)을 금속 블록의 용융점 이상으로 가열함으로써, 제2 소재(M2)를 형성하는 액상의 금속 유동을 형성할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서 상기 제2 소재(M2)의 원료(제2 원료)로서 저융점의 금속 블록은 낮은 높이의 슬림화된 사이즈를 갖는 원반 디스크 형상으로 형성될 수 있으며, 저융점의 금속 블록의 최장 디멘젼은 원반의 직경에 해당될 수 있으며, 저융점의 금속 블록의 직경은 대략 50mm 정도일 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 저융점의 금속 블록을 입력으로 하여, 금속 유동을 토출하는 가열 퍼널(10)은 대략 Y자 형상의 깔때기 형상으로 형성될 수 있으며, 저융점의 금속 블록이 투입되는 투입구의 내경 보다 금속 유동이 토출되는 제2 토출 노즐(20a)의 내경이 더 작은 사이즈로 형성될 수 있으며, 다시 말하면, 저융점의 금속 블록이 투입되는 투입구의 내경은 저융점의 금속 블록의 최장 디멘젼 보다 큰 사이즈로 형성될 수 있으며, 이와 달리, 저융점의 금속 블록이 가열 퍼널(10) 내에서 용융되어 형성된 금속 유동이 토출되는 제2 토출 노즐(20a)의 내경은 저융점의 금속 블록의 최장 디멘젼 보다 작은 사이즈로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 저융점의 금속 블록의 최장 디멘젼이 저융점 금속 블록의 원반 디스크 형상에서 원반의 직경에 해당될 수 있으며, 원반의 직경이 대략 50mm 정도로 형성될 때, 본 발명의 일 실시형태에서 제2 토출 노즐(20a)의 내경은 고상의 원반 디스크의 직경인 50mm 보다 작은 0.1mm~4mm로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 1mm~2mm 정도로 형성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, a low melting point metal is used as a raw material (second raw material) of the second material (M2) in the heating funnel (10) connected to the second discharge nozzle (20a) through which the second material (M2) is discharged. By inserting the block and heating the
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)은 서로로부터 소정의 간격을 사이에 개재하여 하나의 단일한 매립 블록(40) 내에 매립되면서 위치 고정될 수 있으며, 매립 블록(40)을 통하여 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)이 서로 이웃하게 위치 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 스테이지(S)와 마주하는 하단의 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)을 각각 포함하는 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)은 상기 매립 블록(40) 내에서 서로 일정한 간격을 유지하도록 배치될 수 있으며, 예를 들어, 높이 방향(Z1)을 따라 서로 다른 레벨에서 일정한 간격을 유지하도록, 상기 가열 퍼널(10)은 Y자의 깔때기 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 토출 유닛(20)은 상기 가열 퍼널(10)의 외주면과 나란하도록 높이 방향(Z1) 및 반경 방향(Z2,Z3)을 동시에 추종하는 사선 방향을 따라 연장될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서 상기 가열 퍼널(10)의 외주면과 상기 토출 유닛(20)은 높이 방향(Z1) 및 반경 방향(Z2,Z3)을 동시에 추종하는 사선 방향을 따라 연장되다가, 스테이지(S)를 향하여 높이 방향(Z1)을 따라 수직으로 연장되는 하단의 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 가열 퍼널(10)은 제1 토출 노즐(10a)이 연결되는 병목의 변형 포인트를 형성할 수 있으며, 상기 토출 유닛(20)은 제2 토출 노즐(20a)이 연결되는 절곡의 변형 포인트를 형성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first and
본 발명의 일 실시형태에서 상기 매립 블록(40)으로부터 확보되는 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)은 3mm~50mm 정도로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)은 대략 25mm 정도로 형성될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)으로부터 확보되는 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격은, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)의 구동 모드에 따라, 예를 들어, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)이 시간적인 선후 관계로 가동되는 구동 모드와 달리, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)이 동시에 가동되는 구동 모드에서는 제2 토출 노즐(20a)로부터 토출되는 제2 소재(M2)의 액상의 금속 유동에 의해 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격에 상응하여 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 토출되는 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출 위치(P1,P2) 사이에 형성되는 간격이 채워질 수 있으며, 예를 들어, 제2 소재(M2)의 토출 위치(P2)로부터 제1 소재(M1)의 토출 위치(P1)를 향하여 유동하는 제2 소재(M2)의 금속 유동으로부터 제1, 제2 토출 위치(P1,P2) 사이의 간격이 채워질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 각각 조형물의 윤곽과 조형물 자체를 형성하는 제1, 제2 소재(M1,M2)가 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)의 동시적인 가동에 따라 스테이지(S) 상으로 함께 토출되면서 유동성이 부족한 제1 소재(M1)와 달리, 상대적으로 유동성이 풍부한 제2 소재(M2)는 제2 소재(M2)의 토출 위치(P2)로부터 제1 소재(M1)의 토출 위치(P1)를 향하여 유동할 수 있으며, 제1 소재(M1)로부터 형성되는 조형물의 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 공간(FS)을 채우면서 조형물의 내부에 빈 공간(보이드)을 형성하지 않을 수 있다. 이와 같이, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)이 동시에 가동되는 구동 모드에서 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 함께 토출되는 제1, 제2 소재(M1,M2)는 서로 맞닿으면서 접촉을 형성할 수 있으며, 이에 따라, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 소재(M1,M2)가 토출되는 하단의 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)을 포함하는 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)을 매립하는 매립 블록(40)을 통하여, 그리고, 상기 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)과 함께, 제1 열원(15)을 더불어 매립하는 매립 블록(40)을 통하여, 각각의 제1, 제2 소재(M1,M2)의 제1, 제2 온도(T1,T2)를 제어할 수 있다. 다시 말하면, 제1 열원(15)의 가동 및 가열 퍼널(10) 및 토출 노즐 사이에 개재된 매립 블록(40)의 단열 소재로부터 상온 보다는 높지만 서로 다른 제1, 제2 온도(T1,T2)가 제어될 수 있다(제1, 제2 소재 M1,M2 간의 접촉에 따른 제2 소재 M2의 급랭 방지). In one embodiment of the present invention, the gap g between the first and
예를 들어, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)을 동시에 가동하는 구동 모드에서, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)은, 제2 토출 노즐(20a)로부터 토출되는 제2 소재(M2)의 유동성(예를 들어, 유동성을 좌우하는 제2 소재 M2의 점성 내지는 점도) 및 제2 소재(M2)의 유량(예를 들어, 유량을 좌우하는 제2 토출 노즐 20a의 내경이나 제2 토출 노즐 20a의 압력 등)과 같은 제2 소재(M2)의 유동 특성에 따라 결정될 수 있으며, 예를 들어, 제2 소재(M2)의 유동성이 증가할수록 그리고 제2 소재(M2)의 유량이 증가할수록, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)은 증가하도록 설계될 수 있으며, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)이 다소 증가하더라도 상대적으로 높은 유동성 및 유량에 기반하여 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)에 상응하는 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출 위치(P1,P2) 사이의 간격이 충분히 채워질 수 있다. 반대로 제2 소재(M2)의 유동성이 감소할수록 그리고 제2 소재(M2)의 유량이 감소할수록, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)은 감소하도록 설계될 수 있으며, 상대적으로 낮은 제2 소재(M2)의 유동성 및 유량에도 불구하고 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)에 상응하는 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출 위치(P1,P2) 사이의 간격이 충분히 채워질 수 있도록 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)을 충분히 좁게 형성할 수 있다. For example, in a driving mode in which the first and
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 소재(M2)의 유동성은 금속 블록을 입력으로 하여 액상의 제2 소재(M2)를 형성하기 위한 제1 열원(15)으로부터 제어될 수 있으며, 상기 제2 소재(M2)의 유량은 제2 소재(M2)가 토출되는 하단의 제2 토출 노즐(20a)을 포함하는 가열 퍼널(10)의 투입구 상에 주입된 가스(RG)의 압력 또는 투입구의 제2 소재(M2)의 액면에 대해 가해지는 가스(RG)의 압력에 따라 제어될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 퍼널(10)의 투입구 상에는 밀봉 커버(1)가 씌워질 수 있으며, 밀봉 커버(1)와 투입구 내에 채워진 제2 소재(M2)의 액면 사이에는 제2 소재(M2)의 산화를 차단하기 위한 가스(RG)가 주입될 수 있다. 그리고, 제2 토출 노즐(20a)을 향하여 제2 소재(M2)의 액면을 가압하는 가스(RG)의 압력을 제어함으로써, 제2 토출 노즐(20a)로부터 토출되는 제2 소재(M2)의 유량을 제어할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the fluidity of the second material (M2) can be controlled from the first heat source (15) for forming the liquid second material (M2) using a metal block as an input, 2 The flow rate of the material (M2) is determined by the pressure of the gas (RG) injected into the inlet of the heating funnel (10) including the second discharge nozzle (20a) at the bottom where the second material (M2) is discharged or the pressure of the inlet. 2 It can be controlled according to the pressure of the gas (RG) applied to the liquid surface of the material (M2). For example, in one embodiment of the present invention, a sealing
본 발명의 일 실시형태에서, 조형 대상이 되는 조형물의 빈 공간(보이드)이 발생되지 않도록, 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)으로부터 형성되는 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출 위치(P1,P2) 사이의 간격을 채우는 것이 요구될 수 있으며, 제2 토출 노즐(20a)로부터 토출되는 제2 소재(M2)의 유동성 및 유량으로부터 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출 위치(P1,P2) 사이의 간격을 채울 수 있도록 충분히 좁은 간격으로 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)을 설계할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first and second discharge nozzles (10a, 20a) are formed from the gap (g) between the first and second discharge nozzles (10a, 20a) to prevent empty spaces (voids) of the sculpture to be molded. It may be required to fill the gap between the discharge positions (P1, P2) of the two materials (M1, M2), and from the fluidity and flow rate of the second material (M2) discharged from the second discharge nozzle (20a), the first, The gap (g) between the first and second discharge nozzles (10a, 20a) can be designed to be sufficiently narrow to fill the gap between the discharge positions (P1, P2) of the second materials (M1, M2). .
본 발명의 일 실시형태에서는, 조형 대상이 되는 3차원 조형물의 슬라이싱된 섹션 데이터를 입력으로 하여, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 스테이지(S) 상으로 토출되는 제1, 제2 소재(M1,M2)의 제1, 제2 토출 위치(P1,P2)를 각각의 제1, 제2 목표 위치로 제어하도록, 2차원 평면 상을 따라 스테이지(S)를 병진 구동하기 위한 최대 스트로크(행정)를 줄이기 위한 목적으로, 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격은 충분히 좁게 설계될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 동일한 조형물을 형성하기 위하여 스테이지(S) 상에서 조형물의 윤곽을 형성하기 위한 제1 소재(M1)의 제1 토출 위치(P1,P2)와, 조형물 자체를 형성하기 위한 제2 소재(M2)의 제2 토출 위치(P1,P2)는 각각 동일한 제1, 제2 목표 위치로 제어될 수 있으며, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)이 증가함에 따라 제1, 제2 토출 위치(P1,P2)를 각각 동일한 제1, 제2 목표 위치로 제어하기 위한 스테이지(S)의 스트로크(행정)는 증가할 수 있다. 다시 말하면, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)이 증가함에 따라, 동일한 조형물의 제작에 요구되는 스테이지(S)의 스트로크는 넓은 스팬으로 확장될 필요가 있으며, 역으로, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)이 감소함에 따라 동일한 조형물의 제작에 요구되는 스테이지(S)의 스트로크는 좁은 스팬으로 감축될 수 있고, 다시 말하면, 동일한 스팬의 스테이지(S)의 스트로크에 대해, 더 큰 부피의 조형물을 제작할 수 있다. 예를 들어, 상기 스테이지(S)의 스트로크가 넓은 스팬으로 확장된다는 것은, 예를 들어, 2차원 평면 상에서 스테이지(S)를 병진 구동하기 위한 각각의 제2, 제3 액츄에이터(A2,A3)의 구동 폭 내지는 스팬이 각각 확장될 필요가 있다는 것을 의미할 수 있고, 또한 스테이지(S)를 수용하는 서냉 공간(50`)의 사이즈가 더 넓게 확장될 필요가 있다는 것이므로, 결과적으로 동일한 사이즈의 조형물을 형성할 수 있는 동일한 제작능을 갖추면서도 프린팅 장치의 원가가 상승하게 된다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)이 서로 다르게 설계되었을 때, 제2 토출 노즐(20a)이 제1 토출 노즐(10a)이 위치하는 목표 위치로 이동하기 위하여 또는 제1 토출 노즐(10a)과 마주하는 스테이지(S) 상의 목표 위치가 제2 토출 노즐(20a)과 마주하는 위치로 이동하기 위하여 요구되는 스테이지(S)의 이송량은, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격이 좁을수록 그 만큼 더 단축될 수 있다(도 14 참조).In one embodiment of the present invention, the first and
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)에 따라, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)을 매립하는 매립 블록(40)의 단열 소재로부터 형성되는 열 저항이 변화될 수 있고, 이에 따라, 제1, 제2 소재(M1,M2)가 토출되는 하단의 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)을 포함하는 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)의 제1, 제2 온도(T1,T2) 사이의 온도 편차에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 가열 퍼널(10)의 제2 온도(T2)는 가열 퍼널(10)의 외주면을 둘러싸는 제1 열원(15)으로부터 직접 제어될 수 있으나, 토출 유닛(20)의 제1 온도(T1)는 가열 퍼널(10)로부터의 거리 내지는 가열 퍼널(10)의 외주면을 둘러싸는 제1 열원(15)과의 거리에 따라 간접적으로 제어될 수 있으며, 서로 나란하게 연장되는 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20) 사이의 거리 내지는 각각의 가열 퍼널(10)과 토출 유닛(20)의 하단을 형성하는 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 거리에 따라, 토출 유닛(20)의 제1 온도(T1)가 제어될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 소재(M1)가 토출되는 토출 유닛(20)의 제1 온도(T1)는 제1 소재(M1)에 포함된 매트릭스의 기화 내지는 휘발을 억제할 수 있을 정도로 충분히 낮은 온도이면서 스테이지(S) 상에서 조형물의 윤곽을 형성하는 제1 소재(M1)와 맞닿으면서 조형물 자체를 형성하는 제2 소재(M2)를 급속히 냉각시키지 않을 정도로 충분히 높은 온도로 형성될 수 있으며, 이러한 제1 소재(M1)의 제1 온도(T1)를 적정의 수준으로 제어하기 위하여, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)을 적정으로 설계할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격은 이하와 같은 서로 다른 관점, 예를 들어, 1) 동일한 조형물의 형성을 위한 스테이지(S)의 스트로크(행정)를 단축하도록 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)을 충분히 좁게 설계하면서, 이와 절충적으로 2) 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이를 매립하는 매립 블록(40)의 단열 소재로부터 형성되는 열 저항을 적정으로 설계하여, 예를 들어, 제1 소재(M1)에 포함된 매트릭스의 기화 내지는 휘발을 억제할 수 있도록 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)을 충분히 넓게 형성할 수 있다(과도하게 높은 제1 온도 T1에 따라 매트릭스의 기화 내지는 휘발을 억제함). In one embodiment of the present invention, the gap (g) between the first and second discharge nozzles (10a, 20a) is filled according to the gap (g) between the first and second discharge nozzles (10a, 20a). The thermal resistance formed from the insulating material of the embedded
본 발명의 일 실시형태에서, 고상의 금속 블록을 입력으로 하여, 액상의 금속 유동을 토출하는 가열 퍼널(10)은 고상의 금속 블록이 투입되는 투입구의 내경 보다 액상의 금속 유동이 토출되는 제2 토출 노즐(20a)의 내경이 더 작은 사이즈를 갖는 대략 Y자의 깔때기 형상으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서 가열 퍼널(10)이 Y자의 깔때기 형상으로 형성된다는 것은, 가열 퍼널(10)의 상단을 형성하는 투입구로부터 가열 퍼널(10)의 하단을 형성하는 제2 토출 노즐(20a)에 이르기까지 단면적이 감소하는 형태이면서, 상단의 투입구로부터 하단의 제2 토출 노즐(20a)에 이르기까지 원형 고리 형상의 단면을 갖는 깔때기 형상을 갖는다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 토출 노즐(20a)은 내경이 정의될 수 있는 원형의 단면적을 통하여 제2 소재(M2)를 토출할 수 있다. 예를 들어, 상기 가열 퍼널(10)은 높이 방향(Z1)을 따라 상단의 투입구로부터 하단의 제2 토출 노즐(20a)에 이르기 전까지는 내경이 점진적으로 감소하는 형태로 형성되고, 제2 토출 노즐(20a)에서 최소 내경을 갖는 병목을 형성하면서 제2 토출 노즐(20a)은 일정한 내경으로 형성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 퍼널(10)의 외주면 상으로는 가열 퍼널(10) 내에 투입된 금속 블록을 용융점 이상으로 가열하기 위한 제1 열원(15)이 권취될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 퍼널(10)의 외주면 상에 권취된 제1 열원(15)은 금속 블록의 용융점 이상으로 최고의 제2 온도(T2)를 형성할 수 있으며, 가열 퍼널(10)을 통하여 제2 소재(M2)가 토출되는 스테이지(S)를 수용하는 가열 챔버(50) 내에 형성된 제2 열원(55)은 제2 온도(T2) 보다 낮은 제3 온도(T3)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 온도(T2)는 금속 블록의 용융점 이상으로 설정될 수 있으며, 상기 제3 온도(T3)는 제2 온도(T2) 보다는 낮으면서 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재(M1)를 형성하도록 분산된 다수의 세라믹 입자를 수용하는 매트릭스의 기화 내지는 휘발이 가능한 정도의 높은 온도로 설정될 수 있다. 그리고, 상기 제1 소재(M1)가 수용된 토출 유닛(20)의 제1 온도(T1)는 제2 온도(T2) 및 제3 온도(T3) 보다 낮은 온도로서, 상온 보다는 높지만, 제1 소재(M1)의 유동성을 제공하는 매트릭스의 기화 내지는 휘발을 억제할 수 있는 정도의 낮은 온도로 설정될 수 있으며, 예를 들어, 스테이지(S) 상으로 축적된 제1 소재(M1)로부터 매트릭스의 기화 내지는 휘발을 유도할 수 있는 가열 챔버(50) 내의 제3 온도(T3) 보다는 낮은 온도로 유지될 수 있다. In one embodiment of the present invention, a
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 퍼널(10)은 전기적 절연성과 열적 단열성 그리고, 내화성을 갖춘 세라믹 계열로 형성될 수 있다. 상기 제1 열원(15)은 가열 퍼널(10)의 외주면을 따라 권취된 형태로 형성될 수 있으며, 나선 형상을 따라 가열 퍼널(10)의 외주면을 따라 연속적으로 권취된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 열원(15)은 가열 퍼널(10)의 외주면을 따라 권취된 열선으로 마련될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 퍼널(10)의 외주면 및/또는 가열 퍼널(10)의 외주면과 마주하는 매립 블록(40) 내에는 제1 열원(15)을 형성하는 열선을 수용하기 위한 오목한 수용 채널(40`)이 형성될 수 있으며, 이러한 오목한 수용 채널(40`)은 가열 퍼널(10)의 외주면을 따라 나선 형상으로 연속적으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 열원(15)은 가열 퍼널(10)의 외주면을 따라 권취된 열선으로 마련될 수 있으며, 전기적인 절연성을 갖춘 가열 퍼널(10)의 외주면을 따라 권취됨으로써, 열선의 전류 내지는 전류로부터 유도되는 전자기력으로부터 가열 퍼널(10) 내에 수용된 금속 유동의 흐름이 방해되지 않도록 할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 퍼널(10)은, 제2 소재(M2)가 채워진 가열 퍼널(10)의 내부 공간과 제1 열원(15)이 권취된 가열 퍼널(10)의 외주면 사이에서 전기적인 절연을 형성함으로써, 가열 퍼널(10)의 내부 공간에 채워진 금속 유동의 흐름과 가열 퍼널(10)의 외주면 상에 권취된 열선 사이의 전자기적인 영향, 예를 들어, 금속 유동의 흐름을 방해할 수 있는 전자기적인 영향을 배제시키기 위한 절연을 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
상기 제1 열원(15)은 가열 퍼널(10)의 내부 공간의 온도(제2 온도 T2)를 제어할 수 있도록 제1 스위치와 연결될 수 있으며, 제1 스위치의 온/오프 제어를 통하여 열선의 가동을 온/오프 시키면서 가열 퍼널(10)의 내부 공간의 온도를 금속 블록의 용융점 이상의 제2 온도(T2)로 설정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 열원(15)에는 스위치 온/오프 제어에 따라 일정한 크기의 직류 전류(정전류)가 흐를 수 있으며, 일정한 크기의 직류 전류의 온/오프 제어로부터 일정한 크기의 직류 전류의 단속적인 흐름이 형성될 수 있고, 교류 전류의 흐름을 통하여 전자기력을 형성하고 가열 퍼널(10)의 하단을 형성하는 제2 토출 노즐(20a)의 단속적인 유동을 유도하기 위하여, 예를 들어, 액적 형태의 적하를 유도하기 위하여, 교류 전류가 인가되는 도선의 구성과는 차이가 있을 수 있다.The
상기 가열 퍼널(10)과 유사하게, 상기 매립 블록(40)은 전기적 절연성과 열적 단열성 및 내화성을 갖춘 세라믹 계열로 형성될 수 있다. 상기 매립 블록(40)은 대략 육면체 형상으로 형성될 수 있으며, 육면체 형상으로 형성된 매립 블록(40)은 상기 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)의 대부분을 매립하도록 상대적으로 높은 높이로 형성된 상부 블록(41)과 상기 상부 블록(41)으로부터 확장된 면적의 판 상으로 형성된 하부 블록(42)을 포함할 수 있다. 그리고, 매립 블록(40)의 상부 블록(41)과 하부 블록(42) 사이의 단차 영역, 그러니까, 하부 블록(42)의 상면과 상부 블록(41)의 측면 사이에 형성된 단차 영역에는 토출 유닛(20)의 피팅 단부(20b)와의 사이에 연결 관체(70)를 개재하여 토출 유닛(20)과 연결되는 압출 장치(80)가 배치될 수 있다. Similar to the
상기 하부 블록(42)은 상기 가열 챔버(50)의 격벽(50a)과 함께 서냉 공간(50`)을 형성할 수 있으며, 보다 구체적으로, 서냉 공간(50`)의 상부를 정의할 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 블록(42)의 4개의 테두리에는 가열 챔버(50)의 격벽(50)과 단차진 계면을 형성하면서 결합을 이루는 단차진 형상의 조립부(ST1)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 가열 챔버(50)의 격벽(50a)의 상부 모서리가 상기 하부 블록(42)의 단차진 조립부(ST1)와 맞닿도록 조립되면서, 가열 챔버(50)와 하부 블록(42) 사이에는 단차진 계면을 통한 밀봉 결합이 형성될 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 챔버(50)는 각각 서로 다른 제2, 제3 방향(Z2,Z3)을 따라 서로 마주하게 배치되는 총 4개의 격벽(50a)을 포함할 수 있으며, 서로 맞닿으면서 모서리를 형성하도록 서로에 대해 조립되는 격벽(50a)들 사이에서도 단차진 조립부(ST2)를 통하여 서로 단차진 계면을 이루면서 밀봉 결합을 형성할 수 있다.The
상기 가열 챔버(50)는 전기적 절연성과 열적 단열성 및 내화성을 갖춘 세라믹 계열로 형성될 수 있다. 상기 가열 챔버(50)는 대략 육면체 형상으로 형성될 수 있으며, 육면체 형상으로 형성된 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`)에는 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 토출되는 제1, 제2 소재(M1,M2)가 축적되는 스테이지(S)가 수용될 수 있다. 상기 가열 챔버(50)는 서냉 공간(50`)의 외주를 둘러싸는 4개의 격벽(50a)을 포함할 수 있으며, 가열 챔버(50)를 형성하는 4개의 격벽(50a)은 서냉 공간(50`)의 상부를 정의하는 하부 블록(42)의 조립부(ST1)와 맞닿도록 조립되면서 서냉 공간(50`)을 제공하는 가열 챔버(50)를 형성할 수 있다. 상기 가열 챔버(50)는 상기 4개의 격벽(50a)이 안착되는 조립 위치를 제공하면서 서냉 공간(50`)의 하부를 정의하는 바닥벽(50b)을 더 포함할 수 있다. 상기 가열 챔버(50)의 바닥벽(50b)에는 스테이지(S)와 액츄에이터(A, 제1 내지 제3 액츄에이터 A1~A3) 사이의 동력 연결을 허용하기 위한 오프닝(50``)이 형성되어 있으며, 상기 오프닝(50``)을 통하여 스테이지(S)와 스테이지(S)에 대한 구동 동력을 제공하는 액츄에이터(A) 사이를 동력 연결해주는 커넥팅 로드(100)가 관통하면서 스테이지(S)와 액츄에이터(A) 사이를 서로 동력 연결해줄 수 있다. The
상기 스테이지(S)와 엑츄에이터(A, 제1 내지 제3 액츄에이터 A1~A3) 사이를 동력 연결해주는 커넥팅 로드(100)는 액츄에이터(A)의 승하강 운동 및 2차원 평면 상의 병진 운동을 모두 추종하면서 스테이지(S)의 입체적인 운동을 생성할 수 있다. 이때, 상기 자바라 커버(ZC)에 연결된 링크 구조(L)는 액츄에이터(A, 제1 내지 제3 액츄에이터 A1~A3)의 구동에 따라 승하강되는 가이드 블록(GB, 예를 들어, 제3 액츄에이터 A3의 가이드 블록 GB)과 상기 가열 챔버(50)의 바닥벽(50b) 상에 덧대어지면서 바닥벽(50b)의 오프닝(50``)을 밀폐시키는 자바라 커버(ZC) 사이의 거리를 적응적으로 신축시키면서 액츄에이터(A, 제1 내지 제3 액츄에이터 A1~A3)의 구동과 무관하게 바닥벽(50b)의 오프닝(50``)을 항시적으로 밀폐하여 내부 열기 및 외부 냉기의 유출입을 차단할 수 있다.The connecting
상기 가열 챔버(50)의 바닥벽(50b)에 형성된 오프닝(50``)은 오프닝(50``)을 덮는 자바라 커버(ZC)에 의해 액츄에이터(A)의 승하강 구동과 무관하게 밀폐될 수 있으며, 액츄에이터(A, 예를 들어, 제3 액츄에이터 A3의 가이드 블록 GB)와 스테이지(S) 사이를 연결해주는 커넥팅 로드(100)와 나란하게 연장되면서 액츄에이터(A, 예를 들어, 제3 액츄에이터 A3의 가이드 블록 GB)와 가열 챔버(50)의 바닥벽(50b) 사이에서 적응적으로 신축되는 링크 구조(L)와 연결된 자바라 커버(ZC)는 액츄에이터(A)의 승하강 구동과 무관하게 오프닝(50``)을 밀폐시킬 수 있다. The opening (50``) formed in the bottom wall (50b) of the heating chamber (50) can be sealed regardless of the raising and lowering drive of the actuator (A) by the bellows cover (ZC) that covers the opening (50``). It extends in parallel with the connecting
도면 상에 도시되어 있지는 않지만, 상기 가열 퍼널(10)과 함께, 상기 매립 블록(40) 내에 매립되는 토출 유닛(20)은 서로 다른 이종 소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 금속 소재로 토출 유닛(20)의 외관을 형성하는 코어부와 상기 코어부를 둘러싸는 세라믹 계열의 쉘부를 포함하여 서로 다른 이종 소재로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 금속 소재의 코어부는 상기 토출 유닛(20)의 골격을 형성하는 것으로, 제1 소재(M1)의 배출을 위한 매끄러운 표면(또는 내경)을 형성할 수 있고, 우수한 성형성을 갖춘 스테인레스 스틸과 같은 금속 소재로 형성될 수 있으며, 금속 소재의 코어부를 둘러싸는 쉘부는 전기적 절연성, 열적 단열성 그리고 내화성을 갖춘 세라믹 계열로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서 상기 토출 유닛(20)은 토출 유닛(20)의 코어부를 금속 소재로 형성함으로써, 가열 퍼널(10)의 외주면을 둘러싸는 제1 열원(15)으로부터의 열 전달 내지는 열 전달에 따라 상기 토출 유닛(20)의 온도를 상온 보다 높은 제1 온도(T1)로 형성할 수 있으면서도, 상기 코어부의 외측을 둘러싸는 세라믹 계열의 쉘부를 형성하여, 가열 퍼널(10)과 함께, 토출 유닛(20)을 더불어 매립하는 매립 블록(40)과 동종 또는 유사의 세라믹 계열로 형성하여 서로 간의 긴밀한 접촉을 형성할 수 있고, 서로 다른 소재적 특성에 따른 이종 소재의 분리 문제를 원천적으로 배제할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40) 내에 함께 매립되는 가열 퍼널(10) 및 토출 유닛(20)을 매립 블록(40)과 동종 또는 유사의 세라믹 계열로 형성함으로써, 소재적 특성이 상이한 이종 소재 간의 분리 문제를 차단할 수 있다. 유사하게, 서로 간의 긴밀한 접촉을 통하여 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`)을 함께 형성하는 매립 블록(40) 및 가열 챔버(50)도 동종 또는 유사의 세라믹 계열로 형성함으로써, 이들 간의 긴밀한 접촉을 통하여 서냉 공간(50`)의 내외부 간의 열기 및 냉기의 유출입을 차단할 수 있다. Although not shown in the drawing, the
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40) 및 가열 챔버(50)는 서로 간의 긴밀한 결합을 형성하도록 육면체 형상으로 형성될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 매립 블록(40) 및 가열 챔버(50)는 육면체 외의 다양한 다각형 형상이나 라운드진 형상으로 형성될 수도 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 챔버(50)는 조형물의 지지 기반을 제공하는 스테이지(S)를 수용하여, 스테이지(S) 상에서 형성되는 조형물의 냉각이 이루어지는 위치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는 조형물 자체를 형성하는 제2 소재(M2)로서 저융점의 금속 블록의 가열 용융으로부터 금속 유동을 형성하고, 이렇게 형성된 금속 유동을 제1 소재(M1)의 조형물의 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 공간(FS)을 채우는 방식으로 조형물을 형성할 수 있으며, 제1 소재(M1)의 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 공간(FS)에 채워진 액상의 금속 유동을 냉각, 보다 구체적으로 서냉시킴으로써 고상의 조형물을 형성할 수 있다. 이와 같이 액상의 금속 유동을 냉각시켜서 고상의 조형물을 형성함으로써, 조형물의 내부에 빈 공간(보이드)과 같은 내부 결함이 제거될 수 있으며, 예를 들어, 조형물 자체를 형성하는 제2 소재(M2)로서, 금속 분말과 유동성을 부여하기 위한 비이클 및 점성을 제어하기 위한 바인더의 혼합으로부터 형성된 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제2 소재(M2)를 스테이지(S) 상으로 토출시켜서 조형물의 외관을 형성하고 이후에 레이저 조사를 통하여 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제2 소재(M2)에 대한 소결 처리를 통하여 고상의 조형물을 완성하는 비교예와 비교할 때, 빈 공간(보이드)과 같은 내부 결함이 감소된 조형물을 형성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the buried
본 발명의 일 실시형태에서는 조형물의 윤곽을 형성하는 제1 소재(M1)에 의해 둘러싸인 충진 공간(FS) 내에 액상의 금속 유동을 채우고 액상의 금속 유동을 냉각시켜서 고상의 조형물을 형성함으로써, 빈 공간(보이드)과 같은 내부 결함이 감소된 조형물을 형성할 수 있으며, 액상의 금속 유동으로부터 형성된 조형물의 냉각 속도를 제어할 수 있도록 서냉 공간(50`)의 제3 온도(T3)를 제어할 수 있는 가열 챔버(50) 내에서 조형물의 냉각이 이루어지도록 함으로써, 조형물의 서냉을 유도할 수 있고, 특히 조형물의 지지 기반을 제공하는 스테이지(S)가 수용된 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`)의 제3 온도(T3)를 제어하고 이를 통하여 조형물의 냉각 속도를 제어할 수 있으며, 어닐링의 열처리가 이루어질 수 있는 비교적 낮은 냉각 속도로 조형물을 냉각시킴으로써, 조형물의 위치에 따른 냉각 편차에 따라 조형물 내부에 축적될 수 있는 열 응력과 같은 잔류 응력을 해소할 수 있다. 예를 들어 어닐링(annealing)의 열처리가 이루어지는 냉각 속도란 시간 당 하강하는 온도의 프로파일이 비교적 완만한 경사를 가질 수 있으며, 이와 달리, 퀀칭(quenching)의 열처리가 이루어지는 냉각 속도란 시간 당 하강하는 온도의 프로파일이 급격한 경사를 갖는 것을 의미할 수 있다. 만일 본 발명에서와 달리, 조형물의 냉각 속도가 제어되지 않고, 예를 들어, 조형물의 냉각이 완만한 온도 프로파일로 서냉되지 않고, 예를 들어, 조형물의 냉각이 상온에서 이루어지는 경우와 같이, 급냉되거나 또는 조형물의 냉각이 급격한 온도 프로파일로 급냉되는 경우에는 어닐링 열처리가 이루어지기 보다는 퀀칭의 열처리가 이루어지게 됨으로써, 조형물의 내부의 국부적인 온도 편차로부터 열 응력이나 잔류 응력이 유도될 수 있으며, 또한 퀀칭의 열처리로부터 외부 충격에 매우 취약한 취성을 갖게 되면서 외부 충격에 의해 쉽게 깨지거나 파손될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는 조형물의 서냉을 통하여 고상의 조형물을 형성하며, 어닐링의 열처리가 이루어질 수 있는 완만한 온도 프로파일로 조형물의 냉각 속도를 제어함으로써, 조형물의 내부에서 온도 편차를 야기하지 않고 비교적 균일한 온도로 냉각될 수 있으며, 이에 따라, 열 응력과 같은 잔류 응력을 야기하지 않을 수 있으며, 외부 충격에 강인한 인성을 부여할 수 있으므로, 내충격성이 우수한 조형물을 형성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the filling space (FS) surrounded by the first material (M1) forming the outline of the sculpture is filled with a liquid metal flow and the liquid metal flow is cooled to form a solid sculpture, thereby forming an empty space. It is possible to form a sculpture with reduced internal defects such as voids, and the third temperature (T3) of the slow cooling space (50') can be controlled to control the cooling rate of the sculpture formed from the liquid metal flow. By allowing cooling of the sculpture within the
본 발명의 일 실시형태에서는, 어닐링의 열처리가 이루어지는 완만한 온도 프로파일로 서냉을 수행하며, 이를 위해 냉각이 이루어지는 스테이지(S)를 수용한 가열 챔버(50)의 내부 공간의 온도(제3 온도 T3에 해당됨)를 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열 챔버(50) 내에는 제2 열원(55)이 설치될 수 있으며, 제2 열원(55)의 가동을 통하여 조형물의 냉각을 제어된 냉각 속도로 서냉시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 열원(15)과 제2 열원(55)은 동시 또는 거의 동시에 가동될 수 있으며, 이에 따라, 제1 열원(15)으로부터 가열 퍼널(10)의 내부 온도(제2 온도 T2에 해당됨)를 금속 블록의 용융점 이상의 고온으로 가열 및 유지시킬 수 있으며, 제2 열원(55)으로부터 가열 퍼널(10)로부터 토출되는 액상의 금속 유동을 완만한 온도 프로파일에 따라 서냉시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제1, 제2 열원(15,55)은 시간상으로 선후 관계를 갖고 가동될 수도 있으나, 예를 들어, 제1 열원(15)으로부터 용융된 제2 소재(M2)의 금속 유동을 수용하는 서냉 공간(50`)의 온도 제어(제3 온도 T3에 대한 온도 제어)가 지연되지 않도록 제1, 제2 열원(15,55)은 동시에 또는 거의 동시에 가동 내지는 작동이 개시될 수 있으며, 서냉 공간(50`) 내에 수용된 스테이지(S) 상으로 토출되는 제2 소재(M2)의 급냉을 방지하고, 제1 소재(M1)의 매트릭스를 기화 내지는 휘발에 적합한 온도 환경을 제공하도록, 제1, 제2 열원(15,55)은 동시에 가동될 수 있다. 다만, 상기 제1, 제2 열원(15,55)은 각각 목표로 하는 설정 온도가 서로 다르고, 예를 들어, 제1 열원(15)은 금속 블록의 용융점 이상의 제2 온도(T2)의 일정한 온도를 목표로 하여 제어될 수 있으나, 제2 열원(55)은 조형물의 냉각 속도를 제어하도록 시간 당 완만한 온도 프로파일을 따라 변동하는 제3 온도(T3)를 목표로 하여 제어될 수 있으므로, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 열원(15,55)은 서로로부터 독립적으로 구동될 수 있다. In one embodiment of the present invention, slow cooling is performed with a gentle temperature profile in which annealing heat treatment is performed, and for this purpose, the temperature (third temperature T3) of the internal space of the
상기 제2 열원(55)은 제1 열원(15)과 별도로 가동되어 가열 챔버(50)의 내부 온도를 어닐링의 열처리에 적합한 서냉의 냉각 속도로 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 열원(15) 및 제2 열원(55)은 각각 별도의 제1, 제2 스위치에 연결되어 온/오프 제어될 수 있으며, 각각의 셋팅된 일정한 제2 온도(T2) 내지는 셋팅된 냉각 속도(시변하는 제3 온도 T3)로부터 산출된 온도를 목표 온도 값으로 하여 제1 열원(15) 및 제2 열원(55)에 대한 PID 제어가 수행될 수 있다.The
본 발명의 일 실시형태에서는 금속 유동의 제2 소재(M2)를 토출하여 스테이지(S) 상으로 축적된 제2 소재(M2)에 대한 서냉을 통하여 고상의 조형물을 형성할 수 있으며, 조형물 자체를 형성하는 제2 소재(M2)의 토출을 위하여, 그러니까, 제2 소재(M2)로서 금속 블록의 용융을 위하여 제1 열원(15)이 가동될 수 있고, 스테이지(S) 상으로 축적되는 제2 소재(M2)의 서냉을 위하여 제2 열원(55)이 가동될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제1, 제2 열원(15,55)은 동시에 가동되거나 또는 순차적으로 가동될 수도 있다. 그리고, 스테이지(S) 상에 형성된 제1 소재(M1)의 조형물의 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 공간(FS) 내부로 제2 소재(M2)가 채워지면서 조형물의 형상이 완성된 후에는, 달리 말하면, 상기 가열 퍼널(10)로부터 제2 소재(M2)의 토출이 종료된 후에는 제1 열원(15)의 가동은 종료될 수 있으며, 이후에도 조형물의 서냉 공간(50`)에 대한 냉각 속도의 제어를 위하여 제2 열원(55)의 가동은 지속될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 열원(15,55)은 동시에 가동되거나 또는 제1 열원(15)의 가동은 중단된 상태에서 제2 열원의 가동은 지속될 수 있다. 달리 표현하면, 하나의 조형물을 완성하기 위한 텍-타임(tact-time) 동안에, 제1 열원(15)의 가동 시간(제1 가동 시간)과 제2 열원의 가동 시간(제2 가동 시간)은, 이하와 같은 대소 관계를 가질 수 있다(제1 가동 시간 < 제2 가동 시간). 예를 들어, 상기 제2 열원(55)은 다중-상 3D 프린팅의 전체 텍-타임 동안에 가동될 수 있으며, 이와 달리, 제1 열원(15)은 다중-상 3D 프린팅의 전체 텍-타임 보다는 짧은 시간 동안에 가동될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 열원의 가동 시간(제2 가동 시간)은 완만한 온도 프로파일을 추종하도록 조형물을 서냉시키는 서냉 시간을 포함하며, 전체 텍-타임에서 상당한 비중을 차지하는 서냉 시간을 포함하므로, 이러한 서냉 시간을 포함하지 않는 제1 열원(15)의 가동 시간(제1 가동 시간) 보다 길게 설정될 수 있다. In one embodiment of the present invention, a solid sculpture can be formed by discharging a metal-flowing second material (M2) and slowly cooling the second material (M2) accumulated on the stage (S), and the sculpture itself. The
상기 제1 열원(15)과 유사하게, 상기 제2 열원(55)은 가열 챔버(50)의 내부 공간의 제3 온도(T3)를 제어할 수 있도록 제2 스위치와 연결될 수 있으며, 제2 스위치의 온/오프 제어를 통하여 열선의 가동을 온/오프 시키면서 가열 쳄버의 내부 공간의 제3 온도(T3)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 열원에는 스위치 온/오프 제어에 따라 일정한 크기의 직류 전류(정전류)가 흐를 수 있으며, 일정한 크기의 직류 전류의 온/오프 제어로부터 일정한 크기의 직류 전류의 단속적인 흐름이 형성될 수 있다.Similar to the
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 열원(55)은 가열 챔버(50)의 서냉 공간(50`)의 제3 온도(T3)를 상온 보다 높은 온도로 유지해줌으로써, 서냉 공간(50`)과 하나의 공간으로 연결된 가열 퍼널(10)의 내부 공간의 온도(제2 온도 T2에 해당됨)를 금속 블록의 용융점 이상으로 가열 및 유지하는데 유리한 환경을 제공할 수 있으며, 이런 의미에서, 상기 제1, 제2 열원(15,55)을 동시에 가동시킴으로써, 서로 유체적으로 연결된 매립 블록(40) 및 가열 챔버(50) 내에 형성된 공간의 온도를 적어도 상온 보다 높은 온도로 유지하기 위한 전력 소비를 절감시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
상기 제1, 제2 소재(M1,M2)가 토출되는 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)은, 스테이지(S)의 승하강 구동에 따라 스테이지(S)로부터 변동되는 높이에 위치될 수 있으며, 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)은 스테이지(S)가 수용된 서냉 공간(50`)을 함께 형성하는 매립 블록(40) 내에 매립되면서, 보다 구체적으로 서냉 공간(50`)의 상부를 정의하는 매립 블록(40) 내에 매립되면서, 매립 블록(40)과 가열 챔버(50) 사이의 상대적인 조립 위치에 따라 가열 챔버(50)를 기준으로 일정한 정 위치에 위치 고정될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)의 위치는 가열 챔버(50)를 기준으로 일정한 정 위치에 고정될 수 있으며, 상기 가열 챔버(50)의 바닥벽(50b)을 관통하는 오프닝(50``)을 통하여 동력 연결된 커넥팅 로드(100) 내지는 커넥팅 로드(100)가 연결된 가이드 블록(GB, 예를 들어, 제1 내지 제3 액츄에이터 A1~A3로부터 생성된 승하강 운동 및 2차원 평면 상의 병진 운동이 모두 반영된 제3 액츄에이터 A3의 가이드 블록 GB)의 승하강 구동 및 2차원 병진 운동에 따라, 가열 챔버(50) 내에서 일정한 정 위치를 유지하는 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)에 대해, 가열 챔버(50)를 관통하는 오프닝(50``)을 통하여 액츄에이터(A)와 동력 연결된 스테이지(S)가 목표하는 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출 위치(P1,P2)로 이송될 수 있다.The first and second discharge nozzles (10a, 20a) through which the first and second materials (M1, M2) are discharged are located at a height that varies from the stage (S) according to the raising and lowering drive of the stage (S). The first and second discharge nozzles (10a, 20a) are embedded in the embedding block (40) that together forms the slow cooling space (50') in which the stage (S) is accommodated, and more specifically, the slow cooling space (50') ), while being embedded in the embedding
본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)과 스테이지(S) 간의 상대적인 이송을 통하여 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 토출되는 제1, 제2 소재(M1,M2)가 스테이지(S) 상의 제1, 제2 토출 위치(P1,P2)로 축적될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1, 제2 소재(M1,M2)가 스테이지(S) 상으로 축적되는 제1, 제2 토출 위치(P1,P2)는, 각각 조형물의 윤곽 위치 및 조형물 자체에 해당되는 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 위치에 해당될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 스테이지(S) 상으로 축적되는 제1, 제2 소재(M1,M2)는, 각각 제1, 제2 소재(M1,M2)의 원료가 되는 제1, 제2 원료와는 다른 물질 상을 가질 수 있고, 제1, 제2 원료에 대한 서로 다른 전처리 프로세스를 통하여 제1, 제2 소재(M1,M2)로 형성될 수 있으며, 이러한 전처리 프로세스는 각각의 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)을 포함하거나 또는 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)과 연결된 각각의 압출 장치(80, 혼합/압출의 전처리) 및 가열 퍼널(10, 가열의 전처리)로부터 수행될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시형태에서는, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 및 압출 장치(80)와 가열 퍼널(10) 사이의 연결성을 고려하여, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)의 위치는 고정하되, 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 제1, 제2 소재(M1,M2)가 축적되는 스테이지(S)를 이송시킬 수 있으며, 위치 고정된 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 제1, 제2 소재(M1,M2)가 토출되는 스테이지(S)를 이송시킴으로써, 스테이지(S) 상에서 제1, 제2 소재(M1,M2)가 토출되는 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출 위치(P1,P2)를 제어할 수 있으며, 조형 대상이 되는 조형물의 윤곽 위치와 조형물의 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 위치에서 제1, 제2 소재(M1,M2)의 적층을 형성할 수 있다. In various embodiments of the present invention, the first and second discharge nozzles (10a and 20a) are discharged from the first and second discharge nozzles (10a and 20a) through relative transfer between the first and second discharge nozzles (10a and 20a) and the stage (S). 2 Materials (M1, M2) may be accumulated at the first and second discharge positions (P1, P2) on the stage (S). For example, the first and second materials (M1, M2) may be accumulated on the stage (S). The first and second discharge positions P1 and P2 accumulated in the S) phase may correspond to the outline position of the sculpture and the filling position surrounded by the outline corresponding to the sculpture itself, respectively. In one embodiment of the present invention, the first and second materials (M1, M2) accumulated on the stage (S) from the first and second discharge nozzles (10a, 20a) are the first and second materials, respectively. (M1, M2) may have a different material phase from the first and second raw materials, and may produce the first and second materials (M1, M2) through different pretreatment processes for the first and second raw materials. This pretreatment process includes each of the first and second discharge nozzles (10a and 20a) or each extrusion device (80) connected to the first and second discharge nozzles (10a and 20a), mixing /pretreatment of extrusion) and a heating funnel (10, pretreatment of heating). At this time, in one embodiment of the present invention, considering the connectivity between the first and
본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)은 시간적인 선후 관계로 가동되거나 또는 동시에 가동될 수 있으며, 예를 들어, 매립 블록(40) 내에 함께 매립되어 위치 고정된 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 중에서, 제1 토출 노즐(10a)을 가동하여 조형물의 윤곽을 선행하여 축적하고, 제1 토출 노즐(10a)의 가동을 중단하고 제2 토출 노즐(20a)을 가동하여 제1 소재(M1)의 조형물의 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 공간(FS) 내에 제2 소재(M2)를 추후에 채우는 방식으로, 조형물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 이러한 조형물의 성형에서는 조형물의 각 층을 형성하도록 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)이 교번되게 가동 및 중단될 수 있으며, 제1 토출 노즐(10a)의 가동 중(제2 토출 노즐 20a의 중단 중)에는 제1 토출 노즐(10a)로부터 토출되는 제1 소재(M1)로부터 형성되는 조형물의 윤곽에 관한 섹션 데이터에 기반하여 스테이지(S)의 이송이 이루어질 수 있으며, 제2 토출 노즐(20a)의 가동 중(제1 토출 노즐 10a의 중단 중)에는 제2 토출 노즐(20a)로부터 토출되는 제2 소재(M2)로부터 형성되는 조형물 자체 내지는 제1 소재(M1)의 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 공간(FS)에 관한 섹션 데이터에 기반하여 스테이지(S)의 이송이 이루어질 수 있다. In various embodiments of the present invention, the first and
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)은 시간적인 선후 관계를 갖지 않고 동시에 가동될 수도 있으며, 예를 들어, 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)은 하나의 매립 블록(40)에 의해 매립되어 서로로부터 일정한 간격을 두고 결속될 수 있고, 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격으로부터 스테이지(S) 상의 서로 다른 위치에서 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 토출되는 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출 위치(P1,P2)가 서로로부터 이격될 수 있다 . 예를 들어, 상기 스테이지(S) 상에서 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출 위치(P1,P2)는 매립 블록(40)에 함께 매립되어 서로에 대해 결속된 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)에 상응하는 간격을 사이에 두고 형성될 수 있으며, 스테이지(S) 상에서 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출 위치(P1,P2)가 서로로부터 이격된 간격은 제2 소재(M2)의 토출 위치(P1,P2)로부터 제1 소재(M1)의 토출 위치(P1,P2)를 향하여 유동하는 제2 소재(M2)의 금속 유동에 의해 채워질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first and
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)에 의해 결속된 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)은, 예를 들어, 제2 소재(M2)의 유동성 및 유량과 같은 제2 소재(M2)의 유동 특성에 기반하여 상기 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이의 간격(g)에 상응하는 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출 위치(P1,P2) 사이의 간격을 채울 수 있도록 충분히 좁게 형성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the gap g between the first and
본 발명의 일 실시형태에서, 서로 다른 물질의 상을 갖는 제1, 제2 소재(M1,M2)를 스테이지(S) 상으로 토출하기 위한 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)은, 서로 다른 제1, 제2 소재(M1,M2)의 물질 상에 따라 서로 다른 내경으로 형성될 수 있으며, 서로 다른 내경으로 형성된 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 스테이지(S) 상으로 토출될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 토출 노즐(10a)은 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재(M1)를 토출할 수 있으며, 상기 제2 토출 노즐(20a)은 액상의 제2 소재(M2)를 토출할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시형태에서, 상대적으로 유동성이 풍부한 액상의 제2 소재(M2)가 토출되는 제2 토출 노즐(20a)의 내경 보다는 상대적으로 유동성이 부족한 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재(M1)가 토출되는 제1 토출 노즐(10a)의 내경을 상대적으로 더 넓게 형성함으로써, 제1, 제2 소재(M1,M2)의 유량이 서로 균형적으로 상기 스테이지(S) 상에 축적되도록 할 수 있으며, 예를 들어, 조형물의 윤곽을 형성하는 제1 소재(M1)의 부피 보다는, 조형물의 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 공간(FS) 내에 채워지면서 조형물 자체를 형성하는 제2 소재(M2)의 부피가 상대적으로 더 크다고 하더라도, 유동성이 풍부한 액상의 제2 소재(M2)는 상대적으로 협소한 제2 토출 노즐(20a)의 내경을 통하여 조형물 자체를 형성하는 충분한 부피를 축적할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first and
본 발명의 일 실시형태에서, 서로 다른 물질 상의 제1, 제2 소재(M1,M2)의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도는 서로 다른 방식으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 소재(M1)의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도는 압출 장치(80)의 이송관(83) 내부에서 회전 구동되는 회전 스크루(85)의 회전 속도에 따라 제어될 수 있으며, 이와 달리, 상기 제2 소재(M2)의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도는 제2 소재(M2)가 채워진 가열 퍼널(10)의 내부 압력 또는 가열 퍼널(10) 내에 형성된 액면에 대해 작용하는 내부 압력(투입구 상을 덮는 밀봉 커버 1와 제2 소재 M2의 액면 사이에 채워진 가스 RG의 압력)에 따라 제어될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the flow rate (volume passing through the cross-sectional area per unit time) or discharge rate of the first and second materials M1 and M2 on different materials may be controlled in different ways. . For example, the flow rate (volume passing through the cross-sectional area per unit time) or discharge speed of the first material (M1) is determined by the rotation screw (85) that is driven to rotate inside the transfer pipe (83) of the extrusion device (80). ) can be controlled according to the rotation speed of the second material (M2). In contrast, the flow rate (volume passing through the cross-sectional area per unit time) or discharge rate of the second material (M2) is controlled by the heating funnel filled with the second material (M2). It can be controlled according to the internal pressure of (10) or the internal pressure acting on the liquid level formed in the heating funnel 10 (pressure of the gas RG filled between the sealing
본 발명의 일 실시형태에서는 조형 대상으로서의 조형물을 형성하는 제2 소재(M2)를 유동성이 풍부한 액상의 금속 또는 금속 유동으로부터 형성함으로써, 금속 분말과 금속 분말에 혼합되는 비이클과 바인더를 포함하는 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제2 소재(M2)를 이용하여 조형물 자체를 형성하는 비교예의 3D 프린팅 방식과 비교할 때, 매끄러우며 미려한 외관을 갖는 조형물을 형성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the second material (M2) forming the sculpture as the object of modeling is formed from liquid metal or metal flow with high fluidity, thereby forming a paste phase containing metal powder and a vehicle and binder mixed with the metal powder. Alternatively, compared to the 3D printing method of the comparative example in which the sculpture itself is formed using the second material (M2) on the slurry, a sculpture with a smooth and beautiful appearance can be formed.
본 발명의 일 실시형태에서는 서로 다른 유동성을 갖도록 서로 다른 물질 상의 제1, 제2 소재(M1,M2)를 이용하여 각각 조형물의 윤곽과 조형물 자체를 형성할 수 있다. 예를 들어, 액상의 제2 소재(M2)가 채워지는 충진 공간(FS)을 형성하면서 액상의 제2 소재(M2)의 유동을 제한하도록 조형물의 윤곽을 형성하는 제1 소재(M1)는 자중에 의해 무너지지 않고 높이 형상 안정성을 갖도록 상대적으로 낮은 유동성을 가질 수 있으며, 이러한 제1 소재(M1)와 달리, 상기 제2 소재(M2)는 제1 소재(M1)로 형성된 조형물의 윤곽 내부를 신속하게 채우도록 상대적으로 높은 유동성을 가질 수 있다. 이와 같이 본 발명의 일 실시형태에서는 유동성이 풍부한 액상의 금속 유동으로부터 제1 소재(M1)로 형성된 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 공간(FS)을 채우는 방식으로 조형물을 형성하기 때문에, 섹션 데이터가 동일하게 유지되는 높이까지는 1회의 충진을 통하여 한번에 일괄적으로 조형물의 전부 또는 일부를 형성할 수 있으며, 금속 분말이 분산된 바인더를 포함하는 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제2 소재(M2)를 스테이지(S) 상으로 액적 형태로 적하하여 조형물의 섹션에 해당되는 제2 소재(M2)의 각 층을 형성하고, 조형물의 전체 높이까지 제2 소재(M2)의 각 층을 누적시킨 후에, 레이저 조사를 통하여 소결 처리함으로써 제2 소재(M2)의 조형물을 고형화시키는 방식으로 조형물을 형성하는 비교예의 3D 프린팅 보다 조형물의 제작 시간을 단축시킬 수 있다. 예를 들어, 상기와 같은 비교예의 3D 프린팅에서는 스테이지(S) 상으로 액적 형태의 제2 소재(M2)를 적하시키는 방식으로 조형물의 전체 높이까지 제2 소재(M2)의 각 층을 누적시키기 때문에, 스테이지(S) 상으로 액상 또는 금속 유동의 제2 소재(M2)를, 제1 소재(M1)의 조형물의 윤곽에 둘러싸인 충진 공간(FS)을 채우는 본 발명과 비교할 때, 상대적으로 조형물의 제작 시간이 지연될 수 있으며, 특히 액적 형태로 제2 소재(M2)를 적하시켜서 스테이지(S) 상에 조형물의 높이를 형성한 후에도 별도의 레이저 조사를 이용하여 소결 처리를 거치게 되므로, 제2 소재(M2)의 충진 이후에 제2 소재(M2)의 냉각을 통하여 조형물을 완성하는 본 발명과 비교할 때 별도의 레이저 장비가 요구되는 것은 물론이고, 제작 시간이 지연된다는 단점이 있다.In one embodiment of the present invention, the outline of the sculpture and the sculpture itself can be formed using first and second materials M1 and M2 of different materials to have different fluidity, respectively. For example, the first material (M1) that forms the outline of the sculpture to limit the flow of the liquid second material (M2) while forming the filling space (FS) filled with the liquid second material (M2) is subject to its own weight. It can have relatively low fluidity so as to have height and shape stability without collapsing, and unlike the first material (M1), the second material (M2) quickly moves inside the outline of the sculpture formed from the first material (M1). It can have relatively high liquidity so that it can be filled easily. In this way, in one embodiment of the present invention, since the sculpture is formed by filling the filling space (FS) surrounded by the outline formed by the first material (M1) from a highly fluid liquid metal flow, the section data remains the same. It is possible to form all or part of the sculpture at once through one-time filling up to the required height, and the second material (M2) in the form of paste or slurry containing a binder in which metal powder is dispersed is placed on the stage (S). Each layer of the second material (M2) corresponding to a section of the sculpture is formed by dropping it in the form of droplets, and each layer of the second material (M2) is accumulated up to the entire height of the sculpture, and then sintered through laser irradiation. The manufacturing time of the sculpture can be shortened compared to 3D printing in the comparative example where the sculpture is formed by solidifying the sculpture of the second material (M2). For example, in the 3D printing of the comparative example above, each layer of the second material (M2) is accumulated up to the entire height of the sculpture by dropping the second material (M2) in the form of a droplet onto the stage (S). Compared to the present invention, which fills the filling space (FS) surrounded by the outline of the sculpture of the first material (M1) with a liquid or metal flowing second material (M2) on the stage (S), the production of the sculpture is relatively simple. Time may be delayed, and in particular, even after forming the height of the sculpture on the stage (S) by dropping the second material (M2) in the form of droplets, it is sintered using separate laser irradiation, so the second material (M2) Compared to the present invention, which completes the sculpture through cooling of the second material (M2) after filling M2), there is a disadvantage in that separate laser equipment is required and the manufacturing time is delayed.
본 발명의 일 실시형태에서, 조형물의 윤곽을 형성하는 제1 소재(M1)로서, 세라믹 입자와 유동성을 제공하기 위한 비이클로서의 매트릭스를 혼합한 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재(M1)를 이용하더라도, 보다 구체적으로, 상대적으로 유동성이 풍부한 액상의 금속 유동을 적용하여 조형물 자체를 형성하는 제2 소재(M2)와 비교하여, 유동성이 다소 떨어지는 페이스트 상 또는 슬러리 상을 적용하여 조형물의 윤곽을 형성하는 제1 소재(M1)를 스테이지(S) 상에 적층시켜서 단위 부피를 형성하기 위한 토출 시간이 더 소요된다고 하더라도(예를 들어, 제1, 제2 소재 M1,M2의 단위 부피를 형성하기 위한 제1, 제2 소재 M1,M2의 토출 시간을 비교할 때, 제1 소재 M1의 토출 시간 > 제2 소재 M2의 토출 시간), 본 발명의 일 실시형태에서는 조형물 자체를 형성하는 제2 소재(M2)가 제1 소재(M1)의 조형물의 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 공간(FS)을 채우는 방식으로 조형물을 형성하기 때문에, 조형물의 제작에 소요되는 총 시간은 상대적으로 유동성이 부족한 제1 소재(M1)의 토출 시간에 따라 결정되거나 또는 지연되지는 않을 수 있으며, 일반적으로 조형물의 윤곽이 차지하는 부피 보다는 조형물 자체가 차지하는 부피가 더 클 수 있고, 이에 따라, 조형물의 제작에 소요되는 총 시간은 조형물의 윤곽을 형성하기 위한 제1 소재(M1)의 토출 시간 보다는 조형물의 윤곽에 의해 둘러싸이는 조형물 자체를 형성하기 위한 제2 소재(M2)의 토출 시간이 제한 요인으로 이해될 수 있으며, 이에 따라 제1, 제2 소재(M1,M2)의 단위 부피를 형성하기 위한 제1, 제2 토출 시간의 대소 관계(제1 토출 시간 > 제2 토출 시간)에도 불구하고 상대적으로 많은 부피를 차지하는 제2 소재(M2)의 토출 시간이 전체적인 조형물의 제작을 위하여 소요되는 총 시간을 제한하는 제한 요인이 될 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서는 조형물의 제작을 위한 총 시간에 대한 제한 요인으로 작용하는 제2 소재(M2)로서 상대적으로 유동성이 풍부한 액상의 금속 유동을 적용함으로써, 제2 소재(M2)의 토출 시간을 단축시킬 수 있고, 이에 따라 조형물의 제작에 소요되는 총 시간을 단축시킬 수 있다. 본 발명에서와 달리, 비교예에서는 조형물 자체를 형성하는 소재로서 상대적으로 액상 보다 유동성이 부족한 페이스트 상 또는 슬러리 상으로 형성된 소재를 이용하기 때문에, 조형물의 제작에 소요되는 총 시간에 대한 제한 요인으로 작용하는 제2 소재(M2)의 토출 시간이 지연되는 것이며, 이에 따라, 조형물의 제작에 소요되는 총 시간이 상대적으로 지연될 수 있다. In one embodiment of the present invention, as the first material (M1) forming the outline of the sculpture, even if the first material (M1) in the form of a paste or slurry mixed with ceramic particles and a matrix as a vehicle for providing fluidity is used. , More specifically, compared to the second material (M2), which forms the sculpture itself by applying a liquid metal flow with relatively high fluidity, a paste phase or slurry phase with somewhat lower fluidity is applied to form the outline of the sculpture. Even if it takes more ejection time to form a unit volume by stacking the first material (M1) on the stage (S) (for example, the first material (M1) to form a unit volume of the first and second materials (M1, M2) 1, When comparing the discharge times of the second materials M1 and M2, discharge time of the first material M1 > discharge time of the second material M2), in one embodiment of the present invention, the second material (M2) forming the sculpture itself Since the sculpture is formed by filling the filling space (FS) surrounded by the outline of the sculpture of the first material (M1), the total time required to manufacture the sculpture is the amount of time required to produce the sculpture by filling the filling space (FS) surrounded by the outline of the sculpture of the first material (M1). It may not be determined or delayed depending on the discharge time, and in general, the volume occupied by the sculpture itself may be larger than the volume occupied by the outline of the sculpture. Accordingly, the total time required to produce the sculpture is determined by the outline of the sculpture. The ejection time of the second material (M2) for forming the sculpture itself surrounded by the outline of the sculpture can be understood as a limiting factor rather than the ejection time of the first material (M1) for forming, and accordingly, the first, 2 The second material (M2) occupies a relatively large volume despite the size relationship (first discharge time > second discharge time) between the first and second discharge times to form the unit volume of the materials (M1, M2). The discharge time may be a limiting factor that limits the total time required to manufacture the overall sculpture, and in one embodiment of the present invention, the second material (M2) acts as a limiting factor for the total time for manufacturing the sculpture. ), by applying a liquid metal flow with relatively high fluidity, the discharge time of the second material (M2) can be shortened, and thus the total time required to manufacture the sculpture can be shortened. Unlike in the present invention, in the comparative example, a paste or slurry material with relatively less fluidity than the liquid phase is used as the material for forming the sculpture itself, so it acts as a limiting factor for the total time required to manufacture the sculpture. The ejection time of the second material M2 is delayed, and accordingly, the total time required to manufacture the sculpture may be relatively delayed.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 소재(M1)는 압출 장치(80)로부터 압출될 수 있으며, 압출 장치(80)의 이송관(83) 내에서 회전 구동되는 회전 스크루(85)의 회전에 따라 제1 소재(M1)의 원료(제1 원료)로서 이송관(83)과 연결되어 있는 제1, 제2 호퍼(81,82)로부터 각각 투입된 서로 다른 세라믹 입자와, 세라믹 입자에 유동성을 부여하기 위한 매트릭스가 이송관(83) 내의 회전 스크루(85)의 회전에 따라 균질한 혼합을 형성할 수 있으며, 회전 스크루(85)의 회전 속도에 따라 제1 소재(M1)의 이송 속도가 제어될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 압출 장치(80)의 이송관(83) 내에서 회전 구동되는 회전 스크루(85)의 회전 속도는, 압출 장치(80)의 토출구(80a)와 토출 유닛(20)의 피팅 단부(20b) 사이에 연결되어 있는 연결 관체(70)를 따라 이송되는 제1 소재(M1)의 이송 속도와 연동될 수 있으며, 연결 관체(70)의 일단이 연결된 토출구(80a)와 연결 관체(70)의 타단이 연결된 토출 유닛(20)을 통하여 토출 유닛(20)의 하단을 형성하는 제1 토출 노즐(10a)의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도와 연동될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는 세라믹 입자와 매트릭스가 혼합된 페이스트 상 또는 슬러리 상으로 형성된 제1 소재(M1)를 형성하면서, 예를 들어, 세라믹 입자에 대한 유동성을 부여하기 위한 매트릭스의 혼합 비율을 제어할 수 있으면서도, 강제 압출을 통하여 제1 소재(M1)의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도를 제어할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first material M1 may be extruded from the
본 발명의 일 실시형태에서는 세라믹 입자와 비이클 및 바인더와 같은 매트릭스가 혼합된 페이스트 상 또는 슬러리 상으로 형성된 제1 소재(M1)를 형성하면서, 예를 들어, 점성 내지는 점도의 제어를 위한 바인더의 비율이나 바인더의 성분을 조정하여 상대적으로 높은 점성 내지는 점도를 갖는 제1 소재(M1)를 형성할 수 있으면서도, 강제 압출을 통하여 제1 소재(M1)의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서는 상대적으로 높은 점성 내지는 점도의 제1 소재(M1)를 형성하여 스테이지(S) 상으로 축적된 제1 소재(M1)의 높이 안정성을 높이면서도, 제1 소재(M1)의 점성 내지는 점도와 별도로 제1 소재(M1)의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도를 제어할 수 있도록, 제1 소재(M1)를 강제 압출하는 방식으로 스테이지(S) 상으로 토출할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first material (M1) is formed in a paste or slurry form in which ceramic particles, a vehicle, and a matrix such as a binder are mixed, for example, the ratio of the binder for controlling the viscosity or viscosity. By adjusting the components of the binder, it is possible to form a first material (M1) with a relatively high viscosity or viscosity, and the flow rate (flow rate, cross-sectional area per unit time) of the first material (M1) can be formed through forced extrusion. volume) or discharge speed can be controlled. For example, in one embodiment of the present invention, the height stability of the first material (M1) accumulated on the stage (S) is increased by forming the first material (M1) of relatively high viscosity or viscosity, and the first material (M1) is formed with a relatively high viscosity. Forcibly extruding the first material (M1) so that the flow rate (volume passing through the cross-sectional area per unit time) or discharge speed of the first material (M1) can be controlled separately from the viscosity or viscosity of the material (M1). It can be discharged onto the stage (S) in this way.
본 발명의 일 실시형태에서, 제1 소재(M1)의 강제 압출에서는 압출 장치(80)의 이송관(83) 내부에서 구동되는 회전 스크루(85)의 회전 속도를 가감 제어하는 방식으로, 압출 장치(80)의 토출구(80a)와 연결된 제1 토출 노즐(10a)에서의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도를 제어할 수 있다. 이와 달리, 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재(M1)를 액적의 형태로 적하시키는 비교예에서는 제1 소재(M1)에 포함된 바인더의 비율이나 성분을 제어하여 스테이지(S) 상으로 축적되는 제1 소재(M1)의 높이 안정성을 높일 경우, 제1 소재(M1)의 점도 내지는 점성과 연동하여 제1 소재(M1)의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도가 지연되므로, 제1 소재(M1)의 높이 안정성의 측면과 제1 소재(M1)의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도의 측면을 절충할 필요가 있으며, 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서와 달리, 제1 소재(M1)의 높이 안정성을 높이면서도 제1 소재(M1)의 유량(flow rate, 단위 시간 당 단면적을 통과하는 부피) 내지는 토출 속도를 높여서 텍-타임을 단축시키기에 한계가 있을 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서는 제1 소재(M1)의 높이 안정성을 높임으로써, 상대적으로 높은 제1 소재(M1)의 윤곽에 둘러싸이면서 형성되는 높은 충진 공간(FS)을 액상의 금속 유동이 한번에 채우면서 조형물의 제작 시간을 단축할 수 있고, 이때, 제1 소재(M1)의 토출 시간 자체를 단축하여, 예를 들어, 압출 장치(80)의 이송관(83) 내에서 구동되는 회전 스크루(85)의 회전 속도를 함께 높임으로써, 소정의 높이로 축적되는 제1 소재(M1)의 윤곽을 형성하는 시간을 더불어 단축함으로써, 이중적으로 택-타임을 단축시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, in forced extrusion of the first material M1, the rotational speed of the
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 소재(M1)는 액상의 제2 소재(M2)가 채워지는 충진 공간(FS)을 둘러싸도록 조형물의 윤곽을 형성하고, 상기 제2 소재(M2)가 제1 소재(M1)의 윤곽으로 둘러싸인 충진 공간(FS)을 채우면서 이후의 냉각을 통하여 제1 소재(M1)가 아닌 제2 소재(M2)가 조형물을 형성한다는 것은, 제2 소재(M2)의 냉각 이후에 제1 소재(M1)의 분리를 통하여 조형물을 완성한다는 것을 의미할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first material (M1) forms the outline of the sculpture to surround the filling space (FS) filled with the liquid second material (M2), and the second material (M2) is This means that the second material (M2) rather than the first material (M1) forms a sculpture through subsequent cooling while filling the filling space (FS) surrounded by the outline of the first material (M1). This may mean that the sculpture is completed through separation of the first material (M1) after cooling.
본 발명의 다양한 실시형태에서, 액상의 금속 유동으로 형성된 제2 소재(M2)가 제1 소재(M1)의 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 공간(FS)을 채운다는 것이, 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출 순서를 제한하는 것은 아니며, 예를 들어, 제1 소재(M1)의 토출을 통하여 조형물의 윤곽을 형성한 이후에 비로서 제1 소재(M1)의 윤곽으로 둘러싸인 충진 공간(FS)을 제2 소재(M2)로 채운다는 것을 한정적으로 의미하는 것은 아니며, 예를 들어, 본 발명의 다양한 실시형태에서, 조형물의 지지 기반을 제공하는 스테이지(S)를 향하는 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출은 시간 상의 선후 관계를 갖지 않고 동시에 이루어질 수도 있으며, 예를 들어, 상기 스테이지(S)를 향하여 제1, 제2 소재(M1,M2)가 동시에 토출되더라도, 제1, 제2 소재(M1,M2)의 차등적인 유동성에 따라 제1 소재(M1)는 제1 소재(M1)의 토출 위치(P1)로부터 스테이지(S) 상의 평면 상으로 넓게 확산되거나 또는 퍼지지 않고 제1 소재(M1)의 토출 위치(P1) 주변으로 한정될 수 있으며, 이에 따라, 제1 소재(M1)가 형성하는 조형물의 윤곽이 높이 안정성을 갖고 명확하게 정의될 수 있고, 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 소재(M1)는 세라믹 입자와 비이클 및 점도 제어를 위한 바인더와 같은 매트릭스가 혼합된 페이스트 상 또는 슬러리 상으로 형성되면서, 제2 소재(M2)와 비교하여 상대적으로 낮은 유동성을 가질 수 있고, 이에 따라, 상기 제1 소재(M1)는 낮은 유동성을 기반으로 높이 안정성을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 소재(M1)의 유동성을 제어하여 제1 소재(M1)의 높이 안정성을 확보할 수 있고, 제1 소재(M1)가 형성하는 윤곽의 높이를 상대적으로 높게 형성하면서, 제1 소재(M1)의 윤곽에 의해 둘러싸이는 충진 공간(FS)을 액상의 금속 유동으로 형성된 제2 소재(M2)로부터 신속하게 채우는 방식으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 다중-상 3D 프린팅의 조형물 제작 시간을 단축시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서는 3차원 조형물의 2차원적인 섹션 데이터가 동일한 높이까지는 1회의 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출로부터 조형물의 전부 또는 일부를 형성할 수 있다. In various embodiments of the present invention, the second material (M2) formed of liquid metal flow fills the filling space (FS) surrounded by the outline of the first material (M1). , The discharge order of M2) is not limited. For example, after forming the outline of the sculpture through the discharge of the first material (M1), the filling space (FS) surrounded by the outline of the first material (M1) ) is not limited to filling with the second material (M2), and for example, in various embodiments of the present invention, the first and second materials facing the stage (S) providing a support base for the sculpture The discharge of (M1, M2) may be performed simultaneously without a temporal relationship. For example, even if the first and second materials (M1, M2) are discharged simultaneously toward the stage (S), the first, Depending on the differential fluidity of the second materials (M1, M2), the first material (M1) spreads widely on the plane on the stage (S) from the discharge position (P1) of the first material (M1) or does not spread and spreads the first material (M1). It can be limited to the vicinity of the discharge position (P1) of the material (M1), and accordingly, the outline of the sculpture formed by the first material (M1) can be clearly defined with height stability, for example, the present invention In one embodiment, the first material (M1) is formed in a paste phase or slurry phase in which ceramic particles, a vehicle, and a matrix such as a binder for viscosity control are mixed, and is relatively thin compared to the second material (M2). It may have low fluidity, and accordingly, the first material (M1) may have height stability based on low fluidity. For example, in one embodiment of the present invention, the height stability of the first material (M1) can be secured by controlling the fluidity of the first material (M1), and the outline formed by the first material (M1) can be secured. One embodiment of the present invention is to quickly fill the filling space (FS) surrounded by the outline of the first material (M1) with the second material (M2) formed by liquid metal flow while forming a relatively high height. The production time of multi-phase 3D printing according to shape can be shortened. For example, in one embodiment of the present invention, two-dimensional section data of a three-dimensional sculpture can form all or part of the sculpture from one discharge of the first and second materials M1 and M2 up to the same height. .
본 발명의 일 실시형태에 따른 다중-상 3D 프린팅 장치는 조형물의 외형에 관한 데이터를 입수하여 스테이지(S)의 구동을 제어하기 위한 제어 유닛(미도시)을 포함할 수 있고, 이때, 상기 제어 유닛은 조형물의 섹션 데이터가 동일하게 유지되는 높이까지는 제1, 제2 소재(M1,M2)의 1회의 토출(단일층)로부터 축적되도록 상기 제1, 제2 소재(M1,M2)가 축적되는 스테이지(S)를 비교적 저속으로 이송시킬 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 소재(M1,M2)가 축적되는 제1, 제2 토출 위치(P1,P2)에서 상대적으로 많은 부피 내지는 상대적으로 많은 유량의 제1, 제2 소재(M1,M2)를 스테이지(S) 상에 축적하여 조형물의 높이를 형성하도록, 상기 제1, 제2 소재(M1,M2)가 축적되는 스테이지(S)를 비교적 저속으로 이송시킬 수 있다. The multi-phase 3D printing device according to an embodiment of the present invention may include a control unit (not shown) for controlling the operation of the stage (S) by obtaining data regarding the external appearance of the sculpture, wherein the control The unit accumulates the first and second materials (M1, M2) from a single discharge (single layer) of the first and second materials (M1, M2) to a height where the section data of the sculpture remains the same. The stage (S) can be transported at a relatively low speed. For example, at the first and second discharge positions (P1, P2) where the first and second materials (M1, M2) are accumulated, the first and second materials (M1, In order to accumulate M2 on the stage S to form the height of the sculpture, the stage S on which the first and second materials M1 and M2 are accumulated can be transferred at a relatively low speed.
본 발명의 일 실시형태에서는 스테이지(S) 상으로 토출되는 제1, 제2 소재(M1,M2)와 다른 형태의 제1, 제2 원료가 다중-상 3D 프린팅 장치로 투입될 수 있으며, 서로 다른 제1, 제2 원료로부터 제1, 제2 소재(M1,M2)를 가공하기 위한 별도의 프로세스를 거치게 되므로, 이러한 전처리의 프로세스를 수행하는 가열 퍼널(10) 및 압출 장치(80)와의 연결을 고려하여 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)은 고정된 위치를 유지하면서 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)을 이송시키는 대신에, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 제1, 제2 소재(M1,M2)를 수용하는 스테이지(S)를 이송시키면서 제1, 제2 토출 위치(P1,P2)를 제어하여 조형물의 윤곽 및 조형물의 윤곽에 의해 둘러싸이는 조형물의 형상을 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, first and second raw materials of a different form from the first and second materials (M1, M2) discharged onto the stage (S) may be input into the multi-phase 3D printing device, and may be input to each other. Since a separate process is required to process the first and second materials (M1, M2) from other first and second raw materials, they are connected to the
본 발명의 일 실시형태에 따른 다중-상 3D 프린팅 장치는, 높이 방향(Z1)을 따라 스테이지(S)를 승하강 구동하기 위한 제1 액츄에이터(A1)와, 2차원의 평면 상을 따라 스테이지(S)를 제2, 제3 방향(Z2,Z3)으로 병진 구동하기 위한 제2, 제3 액츄에이터(A2,A3)를 포함할 수 있으며, 이들 제1 내지 제3 액츄에이터(A1~A3)는 서로 독립적으로 스테이지(S)의 3축 위치를 제어할 수 있으며, 예를 들어, 스테이지(S)의 제1 내지 제3 방향(Z1~Z3)으로의 목표 위치를 독립적으로 추종하도록 제어될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 액츄에이터(A2)는 제1 액츄체이터(A1)의 가이드 블록 상에 장착되어 제1 액츄에이터(A1)가 목표하는 제1 방향의 위치에 기반하여 제2 액츄에이터(A2)가 목표하는 제2 방향의 위치를 더불어 추종할 수 있고, 제3 액츄에이터(A3)는 제2 액츄에이터(A2)의 가이드 블록 상에 장착되어, 제1, 제2 액츄에이터(A1,A2)가 목표하는 제1, 제2 방향(Z1,Z2)의 위치에 기반하여 제3 액츄에이터(A3)가 목표하는 제3 위치를 더불어 추종하면서, 결과적으로 제3 액츄에이터(A3)의 가이드 블록(GB) 상에 장착된 커넥팅 로드(100)를 통하여 제3 액츄에이터(A3)의 가이드 블록(GB)과 연결된 스테이지(S)는 제1 내지 제3 액츄에이터(A1~A3)가 추종하는 제1 내지 제3 방향(Z1~Z3)의 위치를 입체적으로 추종할 수 있다. A multi-phase 3D printing device according to an embodiment of the present invention includes a first actuator (A1) for driving the stage (S) up and down along the height direction (Z1), and a stage ( It may include second and third actuators (A2, A3) for translationally driving S) in the second and third directions (Z2, Z3), and these first to third actuators (A1 to A3) are connected to each other. The three-axis position of the stage (S) can be controlled independently, and for example, the stage (S) can be controlled to independently follow the target position in the first to third directions (Z1 to Z3). In one embodiment of the present invention, the second actuator (A2) is mounted on the guide block of the first actuator (A1) and moves the second actuator (A1) based on the position in the first direction targeted by the first actuator (A1). The actuator (A2) can follow the target position in the second direction, and the third actuator (A3) is mounted on the guide block of the second actuator (A2), so that the first and second actuators (A1, A2) ) follows the target third position of the third actuator (A3) based on the positions in the first and second directions (Z1, Z2), and as a result, the guide block (GB) of the third actuator (A3) ) The stage (S) connected to the guide block (GB) of the third actuator (A3) through the connecting rod (100) mounted on the first to third actuators (A1 to A3) follows. The position of the direction (Z1 to Z3) can be tracked three-dimensionally.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40), 가열 챔버(50) 및 액츄에이터(A)는 조립 가이드 로드(R)를 통하여 서로 간에 위치 정렬될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 매립 블록(40)과 가열 챔버(50)는 대략 육면체 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 조립 가이드 로드(R)는 매립 블록(40)과 가열 챔버(50)의 4 모서리를 가로질러 연장되는 일군의 조립 가이드 로드(R)를 통하여 매립 블록(40)과 가열 챔버(50) 사이의 위치 정렬을 이룰 수 있으며, 예를 들어, 스테이지(S)가 수용된 서냉 공간(50`)의 상부를 정의하는 매립 블록(40)과 서냉 공간(50`)의 측면을 정의하는 가열 챔버(50)의 4 측벽이 서로 위치 정렬되면서 서로에 대해 기밀한 밀봉 결합을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 일군의 조립 가이드 로드(R)는 가열 챔버(50)와 가열 챔버(50) 외부에 배치된 액츄에이터(A) 사이의 위치 정렬을 통하여, 결과적으로, 상기 일군의 조립 가이드 로드(R)는, 가열 챔버(50)의 외부에 배치된 액츄에이터(A)와, 가열 챔버(50)와, 가열 챔버(50)와 조립되는 매립 블록(40)과, 매립 블록(40) 내에 매립된 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a) 사이를 다 함께 위치 정렬시키면서, 제1, 제2 토출 노즐(10a,20a)로부터 스테이지(S) 상으로 토출되는 제1, 제2 소재(M1,M2)의 토출 위치(P1,P2)가 정밀하게 제어될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the buried
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, but these are merely illustrative, and various modifications and equivalent embodiments can be made by those skilled in the art. You will understand the point.
10: 가열 퍼널
10a: 제1 토출 노즐
15: 제1 열원
20: 토출 유닛
20a: 제2 토출 노즐
40: 매립 블록
50: 가열 챔버
55: 제2 열원
80: 압출 유닛
100: 커넥팅 로드
S: 스테이지
A: 액츄에이터
g: 제1, 제2 토출 노즐 사이의 간격
P1,P2: 제1, 제2 소재의 토출 위치
M1: 제1 소재
M2: 제2 소재10:
15: first heat source 20: discharge unit
20a: second discharge nozzle 40: buried block
50: heating chamber 55: second heat source
80: extrusion unit 100: connecting rod
S: Stage A: Actuator
g: Spacing between the first and second discharge nozzles
P1, P2: Discharge positions of the first and second materials
M1: First material M2: Second material
Claims (9)
조형물의 윤곽을 형성하는 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재와, 제1 소재로 형성된 조형물의 윤곽에 의해 둘러싸인 충진 공간을 채우는 액상의 제2 소재를 각각 토출하도록 스테이지 상에서 배치된 제1, 제2 토출 노즐;
상기 제1 토출 노즐과 연결된 것으로, 세라믹 입자와 세라믹 입자가 분산된 매트릭스가 혼합된 페이스트 상 또는 슬러리 상의 제1 소재를 토출하도록, 상기 제1 토출 노즐을 향하여 제1 소재를 압출시키기 위한 압출 장치;
상기 제2 토출 노즐과 연결된 것으로, 금속 블록을 입력으로 하여, 상기 제2 토출 노즐을 통하여 금속 블록이 용융된 액상의 금속 유동의 제2 소재를 토출하도록, 금속 블록을 용융시키기 위한 가열 퍼널; 및
상기 스테이지를 수용하면서 상기 제1, 제2 토출 노즐로부터 스테이지 상으로 축적된 제1, 제2 소재의 서냉 공간을 제공하기 위한 가열 챔버;를 포함하는 다중-상 3D 프린팅 장치.A stage that provides a support base for the sculpture to be formed;
First and second discharges arranged on the stage to respectively discharge a paste-like or slurry-like first material that forms the outline of the sculpture and a liquid second material that fills the filling space surrounded by the outline of the sculpture formed of the first material. Nozzle;
an extrusion device connected to the first discharge nozzle and configured to extrude the first material in the form of a paste or slurry in which ceramic particles and a matrix in which the ceramic particles are dispersed are mixed, so as to extrude the first material toward the first discharge nozzle;
a heating funnel connected to the second discharge nozzle, receiving the metal block as an input, and discharging a second material of liquid metal flow in which the metal block is melted through the second discharge nozzle, for melting the metal block; and
A multi-phase 3D printing device comprising a heating chamber for accommodating the stage and providing a slow cooling space for the first and second materials accumulated on the stage from the first and second discharge nozzles.
상기 제2 토출 노즐의 내경은, 하단의 제2 토출 노즐과 연결된 가열 퍼널의 상단의 투입구로부터 투입되는 금속 블록의 최장 디멘젼 보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 다중-상 3D 프린팅 장치.According to paragraph 1,
A multi-phase 3D printing device, characterized in that the inner diameter of the second discharge nozzle is smaller than the longest dimension of the metal block injected from the inlet at the top of the heating funnel connected to the second discharge nozzle at the bottom.
상기 가열 퍼널의 외주면을 따라서는 가열 퍼널로 투입된 금속 블록의 용융을 위한 제1 열원이 권취되어 있는 것을 특징으로 하는 다중-상 3D 프린팅 장치.According to paragraph 1,
A multi-phase 3D printing device, characterized in that a first heat source for melting a metal block introduced into the heating funnel is wound along the outer peripheral surface of the heating funnel.
상기 제1 열원은, 상기 스테이지와 마주하는 하단에 제2 토출 노즐이 형성된 가열 퍼널과, 상기 스테이지와 마주하는 하단에 제1 토출 노즐이 형성된 토출 유닛 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 다중-상 3D 프린팅 장치.According to paragraph 3,
The first heat source is a heating funnel having a second discharge nozzle formed at a lower end facing the stage, and a discharge unit having a first discharge nozzle formed at a lower end facing the stage. Multi-phase 3D, characterized in that Printing device.
상기 제1, 제2 토출 노즐을 함께 매립하기 위한 매립 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중-상 3D 프린팅 장치.According to paragraph 1,
A multi-phase 3D printing device further comprising an embedding block for embedding the first and second discharge nozzles together.
상기 가열 챔버의 서냉 공간의 제3 온도는, 상기 스테이지와 마주하는 하단에 제2 토출 노즐이 형성된 가열 퍼널의 제2 온도와, 상기 스테이지와 마주하는 하단에 제1 토출 노즐이 형성된 토출 유닛의 제1 온도와의 관계에서, 제2 온도 > 제3 온도 > 제1 온도의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 다중-상 3D 프린팅 장치.According to paragraph 1,
The third temperature of the slow cooling space of the heating chamber is the second temperature of the heating funnel having the second discharge nozzle formed at the lower end facing the stage, and the second temperature of the discharge unit having the first discharge nozzle formed at the lower end facing the stage. 1. In the relationship with temperature, a multi-phase 3D printing device characterized in that it satisfies the relationship of second temperature > third temperature > first temperature.
상기 가열 퍼널의 외주면을 따라 권취되어, 가열 퍼널로 투입된 금속 블록의 용융을 위한 제1 열원; 및
상기 가열 챔버 내에 형성되어, 상기 제1, 제2 토출 노즐로부터 상기 스테이지 상으로 축적된 제1, 제2 소재의 냉각 속도를 제어하기 위한 제2 열원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중-상 3D 프린팅 장치.According to paragraph 1,
a first heat source for melting the metal block wound along the outer peripheral surface of the heating funnel and introduced into the heating funnel; and
Multi-phase 3D, further comprising a second heat source formed in the heating chamber to control the cooling rate of the first and second materials accumulated on the stage from the first and second discharge nozzles. Printing device.
하나의 조형물을 형성하기 위한 텍-타임(tact-time) 동안에,
상기 제1 열원의 가동 개시와 가동 종료까지의 제1 가동 시간과 상기 제2 열원의 가동 개시와 가동 종료까지의 제2 가동 시간은, 제1 가동 시간 < 제2 가동 시간의 대소 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 다중-상 3D 프린팅 장치.In clause 7,
During the tact-time to form a sculpture,
The first operation time from the start of operation to the end of operation of the first heat source and the second operation time from the start to end of operation of the second heat source have a relationship of first operation time < second operation time. Features a multi-phase 3D printing device.
상기 제1 토출 노즐로부터 스테이지 상으로 토출되는 제1 소재의 유량(flow rate)은, 상기 압출 장치의 이송관 내부에서 구동되는 회전 스크루의 회전 속도로부터 제어되고,
상기 제2 토출 노즐로부터 스테이지 상으로 토출되는 제2 소재의 유량(flow rate)은, 상기 가열 퍼널 내부에서 금속 유동의 제2 소재의 액면 상에 채워진 가스의 압력으로부터 제어되는 것을 특징으로 하는 다중-상 3D 프린팅 장치.According to paragraph 1,
The flow rate of the first material discharged from the first discharge nozzle onto the stage is controlled from the rotation speed of the rotating screw driven inside the transfer pipe of the extrusion device,
The flow rate of the second material discharged from the second discharge nozzle onto the stage is controlled from the pressure of the gas filled on the liquid surface of the second material of the metal flow inside the heating funnel. 3D printing device.
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