WO2017131275A1 - 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치 - Google Patents

온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치 Download PDF

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WO2017131275A1
WO2017131275A1 PCT/KR2016/001529 KR2016001529W WO2017131275A1 WO 2017131275 A1 WO2017131275 A1 WO 2017131275A1 KR 2016001529 W KR2016001529 W KR 2016001529W WO 2017131275 A1 WO2017131275 A1 WO 2017131275A1
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WO
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metal powder
galvano scanner
area
scanner
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PCT/KR2016/001529
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이철수
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주식회사 큐브테크
이철수
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    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C67/00—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
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    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a large-area laser scanner-based three-dimensional printing device applying the on-the-fly technology, specifically, a large-area laser applying the on-the-fly technology that can print a metal three-dimensional structure by sintering a metal powder by irradiating a laser.
  • a scanner-based three-dimensional printing apparatus applying the on-the-fly technology, specifically, a large-area laser applying the on-the-fly technology that can print a metal three-dimensional structure by sintering a metal powder by irradiating a laser.
  • the technique of forming a three-dimensional structure is to extrude and laminate thermoplastics, to irradiate a laser beam in a vat containing a liquid photocurable resin, and to form a layer of sculptures in each tank. Whenever the tank goes down, the tank descends by the thickness of the layer and irradiates the laser again to form a three-dimensional structure.
  • the resin is irradiated with light of a shape to be molded into a liquid 'photocurable resin'.
  • the method of forming three-dimensional structure by hardening the layer, forming the three-dimensional structure by extruding liquid color ink and hardening material (binder) into the powder raw material from the nozzle of the print head by using the inkjet printer principle, and forming the three-dimensional structure by metal powder without binder There are various methods such as a direct sintering furnace.
  • the photocurable printer has a merit of being very precise and excellent surface quality, but since it is very expensive to implement it, it is practically difficult to popularize it industrially.
  • the sintered printer is not only porosity but also printing speed is very fast, and the equipment for realizing it is significantly cheaper than the photocurable printer, it is in the spotlight in the expected way in the future.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0113476 has a limited scan area of a galvano scanner for irradiating a laser beam to produce a three-dimensional structure having a large area. There is a difficult problem.
  • the present invention has been proposed to solve the problem according to the conventional method, and an object of the present invention is to apply a 2-axis on-the-fly technique to a galvano scanner for irradiating a laser for sintering a metal powder.
  • the present invention provides a large-area laser scanner-based three-dimensional printing device using on-the-fly technology that can produce a three-dimensional structure having a large area by moving.
  • an object of the present invention is to synchronize the laser irradiation path of the galvano scanner and the movement path of the galvano scanner through the error correction to correspond to the boundary of the scan area when the scan area is changed by biaxial movement of the galvano scanner.
  • the present invention provides a large-area laser scanner-based three-dimensional printing device using on-the-fly technology that can prevent discontinuities in dimensional structures.
  • the present invention provides a large-area laser scanner-based three-dimensional printing apparatus applying the on-the-fly technology for printing a three-dimensional structure, comprising: a stage unit for receiving metal powder; A galvano scanner for irradiating a laser for sintering to a scan area of the surface of the metal powder; A moving unit which moves the galvano scanner along the X and Y axes; And a control unit controlling an irradiation path of the galvano scanner and a moving path of the moving unit according to a command in a horizontal slicing file regarding the three-dimensional structure.
  • control unit generates a plurality of scan pages corresponding to the size of the scan area by dividing an area of the surface of the metal powder, and the irradiation path and the reference by referring to the shape of the horizontal slicing file for each scan page.
  • the movement path can be linked.
  • the control unit may generate a correction command for correcting an error between the movement path and the actual movement of the galvano scanner and transmit the correction command to the moving unit, and the moving unit may move according to the correction value of the correction command.
  • the correction command may include an inertia error correction value for correcting an error generated by the inertia of the moving unit.
  • the stage unit may include a storage unit storing the metal powder and discharging the metal powder under control of the controller; A base part provided with the metal powder supplied from the storage part and applied to the flat part, the base part being movable vertically under the control of the controller; A side wall portion defining an area of a surface of the metal powder on the base portion as a structure of a vertical wall abutting the side of the base portion; And a scraper unit that generates a thin layer by dispersing the metal powder on the base unit under the control of the controller.
  • the large-area laser scanner-based three-dimensional printing apparatus applying the on-the-fly technique according to the present invention, it is possible to manufacture a three-dimensional structure having a large area by biaxially moving a galvano scanner that irradiates a laser for sintering metal powder. It is possible.
  • the three-dimensional structure having a large area is generated by correcting the moving path according to the measured path when the moving path of the galvano scanner is changed. It is possible to carry out precision sintering continuously on the surface of the metal powder.
  • FIG. 1A and 1B illustrate a large-area laser scanner-based three-dimensional printing apparatus to which the on-the-fly technology according to the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a view showing the inside of the galvano scanner of the large-area laser scanner-based three-dimensional printing device to which the on-the-fly technology according to the present invention is applied.
  • FIG. 3 is a view showing in detail the stage of the large-area laser scanner-based three-dimensional printing apparatus to which the on-the-fly technology according to the present invention is applied.
  • FIG. 4 is a view for explaining the operation of the large-area laser scanner-based three-dimensional printing apparatus to which the on-the-fly technology is applied according to the present invention.
  • FIG. 1A and 1B illustrate a large-area laser scanner-based three-dimensional printing apparatus applying the on-the-fly technique according to the present invention, and a large-area laser scanner-based three-dimensional printing apparatus applying the on-the-fly technique according to the present invention,
  • the stage unit 100, a galvano scanner 200, a moving unit 300, and a control unit 400 are included.
  • the stage part 100 receives the metal powder, and provides a metal powder surface having a predetermined area B thereon to sinter the shape of the horizontal cross section of the three-dimensional structure. That is, the stage part 100 provides the surface of the metal powder having an area B larger than the scan area A of the galvano scanner 200 so that the horizontal cross section is large, for example, within about 250 mm ⁇ 250 mm.
  • Each section of the three-dimensional structure that may be included can be sintered to provide a printing space for forming the three-dimensional structure from the surface of the metal powder.
  • the metal powder may be composed of only metal particles, but may be composed of two or more kinds of metal particles, and may include titanium (Titanium) having excellent reactivity as an example of the metal, but is not limited thereto.
  • the galvano scanner 200 irradiates a sintering laser along the irradiation path by the control of the control part 400 in the scan area A among the surfaces of the metal powder uniformly distributed on the stage part 100.
  • the laser for sintering may be a laser having a high energy, for example, energy of about 30W to 1000W, preferably 500W.
  • the cross section of the three-dimensional structure may be hardened.
  • the moving unit 300 moves the galvano scanner 200 along the X axis and the Y axis along the moving path under the control of the control unit 400. That is, the moving unit 300 may include an X-axis moving unit 310 and a Y-axis moving unit 320, and receives a control signal generated by a G code from the control unit 400, The galvano scanner 200 is moved along the movement path indicated by the input control signal.
  • the galvano scanner 200 has a scan area of about several tens of mm2 that can be scanned and processed at one time.
  • the galvano scanner In order for the 200 to process the entire cross section of the three-dimensional structure, the galvano scanner 200 must move in the X-axis direction and the Y-axis direction along each cross-section of the three-dimensional structure by the moving unit 300.
  • the galvano scanner 200 has an X-axis direction and a Y-axis direction with respect to the metal powder surface on the stage part 100 so that the scan area A of the galvano scanner 200 covers all sections of the three-dimensional structure.
  • the path that is moved by is called a movement path.
  • the controller 400 controls the irradiation path of the galvano scanner 200 and the moving path of the moving unit 300 according to a command in the horizontal slicing file regarding the three-dimensional structure.
  • the control unit 400 the laser proceeds along the path according to the coordinates and the coordinates of the horizontal cross-section for forming the three-dimensional structure through the G code, etc., sliced graphics files stored in the STL (SereoLithography) format
  • STL SesoLithography
  • control unit 400 distributes the work of the galvano scanner 200, the X-axis moving unit 310, and the Y-axis moving unit 320 from data such as a G code, and the galvano scanner according to the distributed work.
  • a control signal for controlling the 200, the X-axis moving unit 310, and the Y-axis moving unit 320 may be generated.
  • the controller 400 may include an X-axis encoder (not shown) and a Y-axis encoder (not shown) to drive the X-axis mover 310 and the Y-axis mover 320. have.
  • the controller 400 needs to irradiate a larger area than the scan area, the control unit 400 moves the X-axis moving unit 310 and the Y-axis moving.
  • the unit 320 is controlled so that the laser can be irradiated continuously between the scan areas.
  • the on-the-fly technology is a technology for processing a large area at high speed and high precision by interlocking a scanner and a two-axis stage.
  • the control unit 400 combines the two-axis moving unit 300 with the galvano scanner 200.
  • the control unit 400 interlocks the galvano scanner 200 and the moving unit 300 so that the galvano scanner 200 and the moving unit 300 share one information with each other.
  • the galvano scanner 200 may perform the sintering operation through continuous laser irradiation even for a very large area larger than the scan area.
  • control unit 400 generates a plurality of scan pages corresponding to the size of the scan area A by dividing the area B of the surface of the metal powder, and irradiates with reference to the shape of the horizontal slicing file for each scan page. Paths and movement paths can be linked.
  • the controller 400 stores an error between the movement path of the galvano scanner 200 according to the control signal and the actual movement of the galvano scanner 200 which receives the control signal, and moves the movement path according to the stored error.
  • a correction command to correct the can be transmitted to the moving unit 300.
  • the moving unit 300 moves the galvano scanner 200 according to the correction value of the correction command.
  • the moving part 300 has an inertia in proportion to its mass and the mass of the galvano scanner 200, which may cause errors in the moving path. Therefore, the actual moving path of the galvano scanner 200 by the moving unit 300 is measured, and an inertia error correction value for correcting an error caused by inertia is compared in advance with the moving path indicated by the control unit 400. And, the movement path of the galvano scanner 200 can be more accurately controlled according to the stored inertia error correction value.
  • the control unit 400 must generate a driving command to move by 'a' at t0 in advance. Nevertheless, a control error occurs in the section between t0 and t1 due to the inertia of the galvano scanner 200 and the moving unit 300. Reducing the speed of the moving part 300 moving the galvano scanner 200 along the moving path reduces the control error, but increases the printing time through the sintering of the three-dimensional structure.
  • the control error occurring in the moving path of the moving unit 300 may be corrected in the irradiation path of the galvano scanner 200. That is, since the driving command of the moving unit 300 is executed in milliseconds (msec), and the galvano scanner 200 driving command is executed in microseconds ( ⁇ sec), the driving command generation interval of the moving unit 300 is generated. Error correction commands may be generated between and reflected in the galvano scanner 200 control command.
  • t0 and t1 have a stage unit 100 driving command execution interval of 1 msec, and a galvano scanner 200 driving command execution interval of 10 ⁇ sec, 99 error correction commands are generated between t0 and t1. It may be reflected in the command for controlling the irradiation path of the galvano scanner 200.
  • FIG. 2 is a view showing the inside of the galvano scanner 200 of the large-area laser scanner-based three-dimensional printing apparatus applying the on-the-fly technology according to the present invention, the galvano scanner 200 according to the present invention, the beam output unit (210), focus variable portion 220 x-axis mirror 230, x-axis motor 240, y-axis mirror 250 and y-axis motor 260 (other components such as beam splitters, etc. Not shown for convenience).
  • the control unit 300 shown in FIG. 1A obtains an irradiation path for the surface of the metal powder on the stage unit 100 from the cross-sectional data of the three-dimensional structure, thereby driving the beam output unit 210, and the focus variable unit 220.
  • a driving command, an x-axis motor 240, and a y-axis motor 260 driving command are generated and transmitted to the galvano scanner 200.
  • control unit 300 moves the galvano scanner 200 along the movement path according to the cross-sectional data of the three-dimensional structure, through which the metal powder on the stage unit 100 to which the laser of the galvano scanner 200 is irradiated Allow continuous sintering to be performed on the surface.
  • the control unit 400 As described above, the control unit 400, the moving unit 300 and generates a correction command for correcting the error of the irradiation path and the movement path due to the inertia according to the mass of the galvano scanner 200, wherein
  • the correction values may be distributed to the X and Y axes, respectively. That is, the control unit 400 reflects the X-axis and Y-axis correction commands to the control commands of the x-axis motor 240 and the y-axis motor 260, respectively. That is, two-axis correction is performed by the x-axis motor 240 and the y-axis motor 260.
  • the beam output unit 210 generates and outputs a laser beam.
  • a laser beam power regulator (not shown) may be added to the rear end of the beam output unit 210 to adjust and output the power of the laser beam.
  • the focus variable unit 220 may adjust the optical path of the laser beam emitted from the beam output unit 210 or adjust the focus of the laser beam.
  • the focus variable unit 220 is A separate mirror (not shown) may be provided, and the laser beam incident from the beam output unit 210 may be reflected to the x-axis mirror 230.
  • the focus variable part 220 adjusts the focus of the laser beam so that the focus of the laser beam is placed on the surface of the metal powder of the stage part 100 so that the metal powder can be sintered.
  • the x-axis mirror 230, the x-axis motor 240, the y-axis mirror 250 and the y-axis motor 260 the laser beam of the beam output unit 210 incident through the focus variable unit 220
  • the vertical displacement and the horizontal displacement of the laser light is reflected on the surface of the metal powder of the stage portion 100 in the form of a desired pattern.
  • FIG. 3 is a view showing in detail the stage unit 100 of the large-area laser scanner-based three-dimensional printing apparatus applying the on-the-fly technology according to the present invention, the stage unit 100 according to the present invention, the storage unit 110, The base part 120, the side wall part 130, and the scraper part 140 may be included.
  • the storage unit 110 stores the metal powder 500 and discharges the metal powder 500 to the scraper unit 140 under the control of the control unit 400.
  • the storage unit 110 is preferably supplied by the volume of the metal powder 500 corresponding to one layer having a thickness sintered to the surface in contact with the galvano scanner 200, for example, 0.05 ⁇ 250 ⁇ Metal powders with a volume of 250 mm can be supplied.
  • the base unit 120 provides a surface of the metal powder 500 that is in contact with the plane, that is, the galvano scanner 200, is supplied with the metal powder from the storage unit 110, and the Vertically movable by control.
  • the base 120 is 0.05 in the vertical direction. mm is lowered and the metal powder is applied to the base part 120 from the storage part 110 again.
  • the base 120 may maintain the absolute height of the surface of the metal powder 500 in contact with the galvano scanner 200 at a constant. In other words, the focus of the laser beam irradiated from the galvano scanner 200 by the base 120 may be precisely aligned on the surface of the metal powder 500.
  • the side wall portion 130 may define the area of the surface of the metal powder on the base portion 120 as a structure of the vertical wall in contact with the side of the base portion 120.
  • the side wall portion 130 may form a wall of a rectangular box structure having an area of 250 ⁇ 250 mm, and its vertical length may be mainly determined according to the height of the three-dimensional structure to be manufactured.
  • the scraper unit 140 may generate a thin layer by dispersing the metal powder 500 on the base unit 120 under the control of the controller 400. That is, the scraper unit 140 has openings in the upper and lower portions, receives the metal powder from the storage unit 110 through the upper opening, and discharges the metal powder onto the base unit 120 through the lower opening. By scraping the metal powder discharged through the lower end of the sidewall while moving in the horizontal direction 141, a thin layer having a uniform surface can be formed on the base portion 120.
  • Figure 4 is a view for explaining the operation of the large-area laser scanner-based three-dimensional printing apparatus applying the on-the-fly technology according to the present invention, with reference to Figures 1a to 4 large-area laser applying the on-the-fly technology according to the present invention The operation of the scanner-based 3D printing apparatus will be described below.
  • the storage unit 110 discharges a predetermined amount of the metal powder 500 stored under the control of the control unit 400 to the scraper unit 140.
  • the scraper unit 140 receives the metal powder from the storage unit 110 through the upper opening, discharges the metal powder onto the base unit 120 through the lower opening, and moves in the horizontal direction 141. By scraping the metal powder discharged through the bottom of the side wall, a thin layer having a uniform surface is formed on the base portion 120.
  • control unit 400 reads the movement speed of the laser irradiation point traveling along the path along the coordinates and the respective coordinates of the horizontal cross section for forming the three-dimensional structure through the G code, and the like, thereby working Distribution to generate a control signal specifying the irradiation path of the galvano scanner 200 and the moving path of the moving unit 300.
  • the moving unit 300 moves the galvano scanner 200 according to the moving path indicated by the control unit 400.
  • the moving unit 300 includes a galvano scanner (above the predetermined scan area A ′′ shown in FIG. 4). 200) can be moved.
  • the galvano scanner 200 irradiates the sintering laser along the cross section 501 of the three-dimensional structure under the control of the control unit 400 in the scan area A ′′.
  • the moving unit 300 moves to the moving path indicated by the control unit 400.
  • the galvano scanner 200 is moved accordingly, for example, the moving unit 300 drives the X-axis moving unit 310 under the control of the control unit 400 to scan the galvano scanner 200 by a predetermined scan. It is possible to move on another scan area A "'on the area A".
  • the control part 400 controls the cross section 501 of the three-dimensional structure between each scan area A ", A"'.
  • the galvano scanner 200 and the moving unit 300 may be synchronized in real time for continuity.
  • the control unit 400 the actual movement of the galvano scanner 200 by the moving unit 300 in advance to correct the movement error according to the inertia during the real-time synchronization of the galvano scanner 200 and the moving unit 300.
  • the path is measured and the inertia error correction value for correcting the error generated by the inertia is compared with the movement path indicated by the controller 400 in advance, and the galvano scanner 200 moves according to the stored inertia error correction value. You can control the path more accurately.
  • the irradiation path of the galvano scanner 200 may be corrected by reflecting the distance that the moving unit 300 moves the galvano scanner 200.
  • the storage unit 110 may control the controller 400.
  • the desired three-dimensional structure can be generated by returning to the process of discharging the predetermined amount of the metal powder 500 stored under the control of the back to the scraper 140 and repeating the above-described operation.

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Abstract

본 발명은 레이저를 조사하여 금속 파우더를 소결함으로써 금속 3차원 구조물을 프린팅할 수 있는 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치에 관한 것으로, 차원 구조물을 인쇄하기 위한 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치에 있어서, 금속 파우더를 수용하는 스테이지부; 상기 금속 파우더의 표면 중 스캔 영역에 소결용 레이저를 조사하는 갈바노 스캐너; 상기 갈바노 스캐너를 X축 및 Y축으로 이동시키는 이동부; 및 상기 3차원 구조물에 관한 수평 슬라이싱 파일 내 명령에 따라 상기 갈바노 스캐너의 조사 경로 및 상기 이동부의 이동 경로를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치
본 발명은 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 레이저를 조사하여 금속 파우더를 소결함으로써 금속 3차원 구조물을 프린팅할 수 있는 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치에 관한 것이다.
3차원 구조물을 형성하는 기술에는 열가소성 플라스틱류를 압출하여 적층하는 방식, 액체 상태의 '광경화성 수지'가 담긴 수조(Vat) 안에 레이저 빔을 조사하고 수조 안에 있는 조형물이 한 층(Layer) 씩 만들어질 때마다 수조가 층 두께만큼 하강하고 다시 레이저를 조사하여 입체 구조물을 형성하는 방식, 액체 상태의 '광경화성 수지(빛을 받으면 경화되는 수지)'에 조형하고자 하는 모양의 빛을 조사하면서 수지를 층층이 굳혀 입체 구조물을 형성하는 방식, 잉크젯 프린터 원리를 이용하여 프린터 헤드의 노즐에서 액체 상태의 컬러 잉크와 경화물질(바인더)을 파우더 원료에 압출하여 입체 구조물을 형성하는 방식, 금속 파우더를 바인더 없이 레이저로 직접 소결하는 방식 등 다양한 방식이 있다.
이 중 광경화 방식 프린터는 상당히 정교하고 표면 품질이 우수하다는 장점이 있으나, 이를 구현하기 위한 장비가 매우 고가라서 이를 산업적으로 대중화하기에는 실질적으로 어려운 측면이 있다. 이와 반대로, 소결 방식 프린터는 공극률 뿐만 아니라 프린팅하는 속도도 상당히 빠르고 이를 구현하기 위한 장비도 광경화 방식 프린터에 비해 상당히 저렴하므로, 향후 기대되는 방식으로 각광을 받고 있다.
그러나 대한민국 공개특허 제10-2015-0113476호에 개시된 바와 같은 상술한 종래의 소결 방식 프린터는, 레이저 빔을 조사하기 위한 갈바노 스캐너의 스캔 면적이 한정되어 있어 대면적을 갖는 3차원 구조물을 제작하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 종래 방식에 따른 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 금속 파우더를 소결하기 위한 레이저를 조사하는 갈바노 스캐너를 온더플라이(On-the-fly) 기술을 응용하여 2축 이동시킴으로써 대면적을 갖는 3차원 구조물을 제작할 수 있는 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 갈바노 스캐너의 레이저 조사 경로와 갈바노 스캐너의 이동 경로를 오차 보정을 통하여 동기화함으로써 갈바노 스캐너의 2축 이동에 의해 스캔 영역의 변경 시 스캔 영역의 경계면에 대응하여 3차원 구조물에 불연속면이 발생하는 것을 방지할 수 있는 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 3차원 구조물을 인쇄하기 위한 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치에 있어서, 금속 파우더를 수용하는 스테이지부; 상기 금속 파우더의 표면 중 스캔 영역에 소결용 레이저를 조사하는 갈바노 스캐너; 상기 갈바노 스캐너를 X축 및 Y축으로 이동시키는 이동부; 및 상기 3차원 구조물에 관한 수평 슬라이싱 파일 내 명령에 따라 상기 갈바노 스캐너의 조사 경로 및 상기 이동부의 이동 경로를 제어하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 금속 파우더의 표면의 면적을 분할하여 상기 스캔 영역의 크기에 대응하는 복수개의 스캔 페이지를 생성하고, 상기 스캔 페이지 별 상기 수평 슬라이싱 파일의 형태를 참조하여 상기 조사 경로 및 상기 이동 경로를 연동시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 이동 경로와 상기 갈바노 스캐너의 실측 움직임 사이의 오차를 보정하는 보정 명령을 생성하여 상기 이동부로 전송하고, 상기 이동부는, 상기 보정 명령의 보정 값에 따라 이동할 수 있다.
한편, 상기 보정 명령은, 상기 이동부의 관성에 의해 발생되는 오차를 보정하는 관성 오차 보정 값을 포함할 수 있다.
또한, 상기 스테이지부는, 상기 금속 파우더를 저장하고, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 금속 파우더를 배출하는 저장부; 상기 저장부로부터 상기 금속 파우더를 공급받아 도포되는 평면을 제공하고, 상기 제어부의 제어에 의해 수직 이동가능한 베이스부; 상기 베이스부의 측면에 접한 수직 벽의 구조로서 상기 베이스부 상에 상기 금속 파우더의 표면의 면적을 정의하는 측벽부; 및 상기 제어부의 제어에 의해 상기 베이스부 상의 상기 금속 파우더를 분산시켜 얇은 층을 생성하는 스크래퍼부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치에 의하면, 금속 파우더를 소결하기 위한 레이저를 조사하는 갈바노 스캐너를 2축 이동시킴으로써 대면적을 갖는 3차원 구조물을 제작하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치에 의하면, 갈바노 스캐너의 이동 경로 변경시 실측 경로에 따라 이동 경로를 보정하므로 대면적을 갖는 3차원 구조물을 생성하기 위한 금속 파우더의 표면에 연속으로 정밀 소결을 수행하는 것이 가능하다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치 중 갈바노 스캐너 내부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치 중 스테이지부를 상세히 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
[부호의 설명]
100: 스테이지부
110: 저장부
120: 베이스부
130: 측벽부
140: 스크래퍼부
200: 갈바노 스캐너
210: 빔출력부
220: 초점 가변부
230: x축 미러
240: x축 모터
250: y축 미러
260: y축 모터
300: 이동부
310: X축 이동부
320: Y축 이동부
400: 제어부
500: 금속 파우더
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별이 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치를 도시한 도면으로, 본 발명에 의한 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치는, 스테이지부(100), 갈바노 스캐너(200), 이동부(300) 및 제어부(400)를 포함한다.
스테이지부(100)는, 금속 파우더를 수용하는데, 3차원 구조물의 수평 단면의 형태를 소결하기 위하여 소정의 면적(B)을 갖는 금속 파우더 표면을 상부에 제공하게 된다. 즉, 스테이지부(100)는, 갈바노 스캐너(200)의 스캔 영역(A)보다 큰 면적(B)을 갖는 금속 파우더의 표면을 제공하여 수평 단면이 대면적인, 예를 들면 약 250mm×250mm 내에 포함될 수 있는 3차원 구조물의 각 단면이 소결될 수 있도록 함으로써 금속 파우더의 표면으로부터 3차원 구조물을 형성하기 위한 프린팅 공간을 제공한다. 이때, 금속 파우더는, 단독 금속 입자만으로 구성될 수도 있으나, 2종 이상의 금속 입자로 구성될 수도 있으며, 금속의 일례로 반응성이 우수한 티타늄(Titanium)을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한, 갈바노 스캐너(200)는, 스테이지부(100)에 균일하게 분산된 금속 파우더의 표면 중 스캔 영역(A) 내에 제어부(400)의 제어에 의한 조사 경로를 따라 소결용 레이저를 조사한다. 여기서, 소결용 레이저는, 높은 에너지, 예를 들면 약 30W 내지 1000W, 바람직하게는 500W의 에너지를 갖는 레이저일 수 있다. 즉, 스테이지부(100)의 금속 파우더 표면 중 갈바노 스캐너(200)의 레이저가 조사되는 부분이 다른 부분과 달리 단단하게 굳어지면서 3차원 구조물의 단면을 형성할 수 있다.
한편, 이동부(300)는, 제어부(400)의 제어에 의한 이동 경로를 따라 갈바노 스캐너(200)를 X축 및 Y축으로 이동시킨다. 즉, 이동부(300)는, X축 이동부(310) 및 Y축 이동부(320)를 포함할 수 있으며, 제어부(400)에서 G 코드(code) 등에 의하여 생성된 제어 신호를 입력받고, 입력된 제어 신호가 지시하는 이동 경로에 따라 갈바노 스캐너(200)를 이동시킨다.
즉, 갈바노 스캐너(200)는, 한 번에 스캔하여 가공할 수 있는 면적인 스캔 영역이 약 수십 ㎟ 수준이고, 이에 반하여 3차원 구조물의 각 단면은 이보다 넓은 경우가 대부분이므로, 갈바노 스캐너(200)가 3차원 구조물의 각 단면 전체를 가공하려면, 이동부(300)에 의하여 갈바노 스캐너(200)가 3차원 구조물의 각 단면을 따라 X축 방향 및 Y축 방향으로 움직여야 한다.
여기서, 갈바노 스캐너(200)의 스캔 영역(A)이 3차원 구조물의 각 단면을 모두 커버 하도록 갈바노 스캐너(200)가 스테이지부(100) 상의 금속 파우더 표면에 대해 X축 방향 및 Y축 방향으로 움직이는 경로를 이동 경로라고 한다.
또한, 제어부(400)는, 3차원 구조물에 관한 수평 슬라이싱 파일 내 명령에 따라 갈바노 스캐너(200)의 조사 경로 및 이동부(300)의 이동 경로를 제어한다. 예를 들면, 제어부(400)는, STL(STereoLithography) 형식으로 저장된 그래픽 파일이 슬라이싱된 G 코드 등을 통하여 3차원 구조물을 형성하기 위한 수평 단면의 각 좌표 및 위 좌표에 따른 경로를 따라 진행하는 레이저 조사점의 이동 속도 등을 읽어들이고, 이에 따라 갈바노 스캐너(200)의 조사 경로 및 이동부(300)의 이동 경로를 지정하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 즉, 제어부(400)는, G 코드 등의 데이터로부터 갈바노 스캐너(200), X축 이동부(310) 및 Y축 이동부(320)의 작업을 분배하고, 분배된 작업에 따라 갈바노 스캐너(200), X축 이동부(310) 및 Y축 이동부(320)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 제어부(400)는, X축 이동부(310) 및 Y축 이동부(320)를 구동하기 위하여 X축 부호화부(도시되지 않음) 및 Y축 부호화부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
여기서, 제어부(400)는, 온더플라이 기술을 응용하여 갈바노 스캐너(200)가 레이저를 조사할 때, 스캔 영역 보다 큰 대면적에 대한 조사가 필요할 경우 X축 이동부(310) 및 Y축 이동부(320)를 제어하여 스캔 영역 간 연속적으로 레이저가 조사될 수 있도록 한다. 즉, 온더플라이 기술은 스캐너와 2축의 스테이지를 연동시켜 대면적을 초고속 및 초정밀로 가공하는 기술로서, 본 발명에 있어서는 갈바노 스캐너(200)에 2축의 이동부(300)를 결합하여 제어부(400)가 갈바노 스캐너(400)의 온/오프와 가공정보, 스캔 영역 내 조사 경로 및 이동부의 구동에 따른 이동 경로에 관한 제어 신호를 미리 계산하여 출력하게 된다. 다시 말하면, 제어부(400)는, 갈바노 스캐너(200)와 이동부(300)를 연동시켜 갈바노 스캐너(200)와 이동부(300)가 서로 한쪽의 정보를 다른 한쪽이 공유할 수 있도록 한다. 이를 통하여, 갈바노 스캐너(200)는 스캔 영역보다 매우 큰 대면적에 대해서도 연속적인 레이저 조사를 통한 소결 작업을 수행할 수 있다.
이때, 제어부(400)는, 금속 파우더의 표면의 면적(B)을 분할하여 스캔 영역(A)의 크기에 대응하는 복수개의 스캔 페이지를 생성하고, 스캔 페이지 별 수평 슬라이싱 파일의 형태를 참조하여 조사 경로 및 이동 경로를 연동시킬 수 있다.
또한, 제어부(400)는, 제어 신호에 따른 갈바노 스캐너(200)의 이동 경로와 제어 신호를 입력받은 갈바노 스캐너(200)의 실측 움직임 사이의 오차를 미리 저장하고, 저장된 오차에 따라 이동 경로를 보정하는 보정 명령을 생성하여 이동부(300)로 전송할 수 있다. 이때, 이동부(300)는, 보정 명령의 보정 값에 따라 갈바노 스캐너(200)를 이동시키게 된다.
예를 들면, 이동부(300)는 그 질량 및 갈바노 스캐너(200)의 질량에 비례하여 관성을 가지는데, 이러한 관성에 의하여 이동 경로에 오차가 생길 수 있다. 따라서, 이동부(300)에 의한 갈바노 스캐너(200)의 실제 이동 경로를 실측하고, 제어부(400)가 지시하는 이동 경로와 비교하여 관성에 의해 발생되는 오차를 보정하는 관성 오차 보정 값을 미리 저장하며, 저장된 관성 오차 보정 값에 따라 갈바노 스캐너(200)의 이동 경로를 보다 정확하게 제어할 수 있다.
예를 들어, 갈바노 스캐너(200)가 t1에서 'a' 만큼의 이동된 위치를 가져야 한다면 제어부(400)는 t0에서 미리 'a' 만큼 이동시키는 구동 명령을 생성시켜야 한다. 그럼에도 불구하고 t0과 t1 사이 구간에는 갈바노 스캐너(200) 및 이동부(300)의 관성으로 인하여 제어 오차가 발생 된다. 이동 경로를 따라 갈바노 스캐너(200)를 이동시키는 이동부(300)의 속도를 줄이면 제어 오차는 감소하나, 3차원 구조물의 소결을 통한 프린팅 시간은 증가하게 된다.
한편, 이동부(300)의 이동 경로에서 발생하는 제어 오차를 갈바노 스캐너(200)의 조사 경로에서 보정할 수도 있다. 즉, 이동부(300)의 구동 명령은 밀리초(msec)단위로 실행되고, 갈바노 스캐너(200) 구동 명령은 마이크로초(μsec) 단위로 실행되므로, 이동부(300)의 구동 명령 생성 간격 사이에 오차 보정 명령들을 생성하고 이를 갈바노 스캐너(200) 제어 명령에 반영할 수 있다.
예를 들면, t0과 t1이 스테이지부(100) 구동 명령 수행 간격이 1msec 이고, 갈바노 스캐너(200) 구동 명령의 수행 간격이 10μsec이면, t0과 t1 사이에 99개의 오차 보정 명령을 생성하여 이를 갈바노 스캐너(200)의 조사 경로를 제어하는 명령에 반영할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치 중 갈바노 스캐너(200)의 내부를 나타낸 도면으로, 본 발명에 의한 갈바노 스캐너(200)는, 빔출력부(210), 초점 가변부(220) x축 미러(230), x축 모터(240), y축 미러(250) 및 y축 모터(260)를 포함한다(빔 스플릿터 등과 같은 다른 구성요소들은 편의상 도시되지 않음).
도 1a에 도시된 제어부(300)는, 스테이지부(100) 상의 금속 파우더 표면에 대한 조사 경로를 3차원 구조물에 대한 단면 데이터로부터 획득하여 빔출력부(210) 구동 명령, 초점 가변부(220) 구동 명령, x축 모터(240) 및 y축 모터(260) 구동 명령을 생성하여 갈바노 스캐너(200)로 전송한다.
또한, 제어부(300)는 3차원 구조물에 대한 단면 데이터에 따른 이동 경로로 갈바노 스캐너(200)를 이동시키고, 이를 통하여 갈바노 스캐너(200)의 레이저가 조사되는 스테이지부(100) 상의 금속 파우더 표면에 연속적인 소결이 수행되게 한다.
상술한 바와 같이, 제어부(400)는, 이동부(300)는 및 갈바노 스캐너(200)의 질량에 따른 관성에 의한 조사 경로 및 이동 경로의 오차를 보정하는 보정 명령을 생성하는데, 그 중, 갈바노 스캐너(200)에 대하여 보정 명령을 생성하는 경우에는 X축 및 Y축에 대하여 각각 보정값을 분배할 수 있다. 즉, 제어부(400)는, X축, Y축 보정 명령을 각각 x축 모터(240) 및 y축 모터(260) 제어 명령에 반영한다. 즉, x축 모터(240) 및 y축 모터(260)에 의해 2축 보정이 이루어진다.
한편, 빔출력부(210)는, 레이저 빔을 생성하여 출력한다. 이때, 빔출력부(210)의 후단에 설치되어 레이저 빔의 파워를 조절하여 출력하는 레이저 빔 파워 조절기(도시되지 않음)가 추가될 수 있다.
또한, 초점 가변부(220)는, 빔출력부(210)에서 출사된 레이저 빔의 광 경로를 조절하거나 또는 레이저 빔의 초점을 조절할 수 있다. 이때, 도 2에 도시된 바에 의하면 빔출력부(210)의 레이저 빔이 초점 가변부(220)를 투과하여 x축 미러(230)에 직접 도달하는 것으로 도시되어 있으나, 초점 가변부(220)가 별도의 미러(도시되지 않음)를 구비하고, 빔출력부(210)로부터 입사된 레이저 빔을 x축 미러(230)로 반사시킬 수도 있다. 한편, 초점 가변부(220)는, 레이저 빔의 초점을 조절하여 스테이지부(100)의 금속 파우더 표면 상에 레이저 빔의 초점이 배치되도록 함으로써, 금속 파우더가 소결될 수 있도록 한다.
한편, x축 미러(230), x축 모터(240), y축 미러(250) 및 y축 모터(260)는, 초점 가변부(220)를 통하여 입사된 빔출력부(210)의 레이저 빔의 수직 변위와 수평 변위를 조절하여 레이저 광을 원하는 패턴 형태로 스테이지부(100)의 금속 파우더 표면 상에 반사시킨다.
도 3은 본 발명에 따른 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치 중 스테이지부(100)를 상세히 나타낸 도면으로, 본 발명에 의한 스테이지부(100)는, 저장부(110), 베이스부(120), 측벽부(130) 및 스크래퍼부(140)를 포함할 수 있다.
저장부(110)는, 금속 파우더(500)를 저장하고, 제어부(400)의 제어에 의해 금속 파우더(500)를 스크래퍼부(140)로 배출한다. 이때, 저장부(110)는, 갈바노 스캐너(200)에 접하는 표면으로 소결 가능한 두께인 한 층에 해당하는 금속 파우더(500)의 부피만큼 공급하는 것이 바람직하며, 예를 들면, 0.05×250×250mm의 부피에 해당하는 금속 파우더를 공급할 수 있다.
또한, 베이스부(120)는, 저장부(110)로부터 금속 파우더를 공급받아 도포되는 평면, 즉, 갈바노 스캐너(200)에 접하는 금속 파우더(500)의 표면을 제공하고, 제어부(400)의 제어에 의해 수직 이동가능하다. 예를 들어, 베이스부(120) 상에 0.05×250×250mm의 부피에 해당하는 금속 파우더가 도포된 후 갈바노 스캐너(200)에 의하여 소결이 완료되면, 베이스부(120)는 수직 방향으로 0.05mm 하강하고, 베이스부(120) 상에 다시 저장부(110)로부터 금속 파우더를 공급받아 도포된다. 이를 통하여, 베이스부(120)는 갈바노 스캐너(200)에 접하는 금속 파우더(500)의 표면의 절대적인 높이를 일정하게 유지시킬 수 있다. 다시 말하면, 베이스부(120)에 의하여 갈바노 스캐너(200)에서 조사되는 레이저 빔의 초점이 정확하게 금속 파우더(500)의 표면 상에 맞춰지도록 할 수 있다.
한편, 측벽부(130)는, 베이스부(120)의 측면에 접한 수직 벽의 구조로서 베이스부(120) 상에 금속 파우더의 표면의 면적을 정의할 수 있다. 예를 들어, 측벽부(130)는, 250×250mm의 면적을 갖는 사각의 상자 구조의 벽을 형성할 수 있으며, 주로 제작하고자 하는 3차원 구조물의 높이에 따라 그 수직 길이가 결정될 수 있다.
또한, 스크래퍼부(140)는, 제어부(400)의 제어에 의해 베이스부(120) 상의 금속 파우더(500)를 분산시켜 얇은 층을 생성할 수 있다. 즉, 스크래퍼부(140)는, 상부 및 하부에 개구를 구비하고, 저장부(110)로부터 상부 개구를 통하여 금속 파우더를 공급받아 하부 개구를 통하여 베이스부(120) 상에 금속 파우더를 배출하며, 수평 방향(141)으로 이동하면서 측벽의 하단을 통하여 배출된 금속 파우더를 스크래핑함으로써 균일한 표면을 갖는 얇은 층이 베이스부(120) 상에 형성될 수 있도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치의 동작을 설명하기 위한 도면으로, 도 1a 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 저장부(110)는, 제어부(400)의 제어에 의해 저장하고 있는 금속 파우더(500)의 소정량을 스크래퍼부(140)로 배출한다.
이후에, 스크래퍼부(140)는, 저장부(110)로부터 상부 개구를 통하여 금속 파우더를 공급받아 하부 개구를 통하여 베이스부(120) 상에 금속 파우더를 배출하며, 수평 방향(141)으로 이동하면서 측벽의 하단을 통하여 배출된 금속 파우더를 스크래핑함으로써 균일한 표면을 갖는 얇은 층을 베이스부(120) 상에 형성한다.
다음에, 제어부(400)는, G 코드 등을 통하여 3차원 구조물을 형성하기 위한 수평 단면의 각 좌표 및 위 좌표에 따른 경로를 따라 진행하는 레이저 조사점의 이동 속도 등을 읽어들이고, 이에 따라 작업을 분배하여 갈바노 스캐너(200)의 조사 경로 및 이동부(300)의 이동 경로를 지정하는 제어 신호를 생성한다.
이후에, 이동부(300)는, 제어부(400)가 지시한 이동 경로에 따라 갈바노 스캐너(200)를 이동시킨다. 예를 들면, 이동부(300)는, 도 3에 도시된 바와 같이 3차원 구조물 중 컵 형태를 제작하고자 하는 경우, 도 4에 도시된 소정의 스캔 영역(A")의 상부에 갈바노 스캐너(200)를 이동시킬 수 있다.
다음에, 갈바노 스캐너(200)는, 스캔 영역(A") 내에 제어부(400)의 제어에 의한 3차원 구조물의 단면(501)을 따라 소결용 레이저를 조사한다.
이후에, 갈바노 스캐너(200)가 소정의 스캔 영역(A") 내에서 조사 경로(501)에 따른 레이저 조사를 완료하면, 이동부(300)는, 제어부(400)가 지시한 이동 경로에 따라 갈바노 스캐너(200)를 이동시킨다. 예를 들면, 이동부(300)는, 제어부(400)의 제어에 따라 X축 이동부(310)를 구동하여 갈바노 스캐너(200)를 소정의 스캔 영역(A") 상에서 다른 스캔 영역(A"') 상으로 이동시킬 수 있다. 이때, 제어부(400)는, 각 스캔 영역(A", A"') 간 3차원 구조물의 단면(501)의 연속성을 위하여 갈바노 스캐너(200) 및 이동부(300)를 실시간으로 동기화시킬 수 있다.
이때, 제어부(400)는, 갈바노 스캐너(200) 및 이동부(300)의 실시간 동기화 시 관성에 따른 이동 오차를 보정하기 위하여 미리 이동부(300)에 의한 갈바노 스캐너(200)의 실제 이동 경로를 실측하고, 제어부(400)가 지시하는 이동 경로와 비교하여 관성에 의해 발생되는 오차를 보정하는 관성 오차 보정 값을 미리 저장하며, 저장된 관성 오차 보정 값에 따라 갈바노 스캐너(200)의 이동 경로를 보다 정확하게 제어할 수 있다. 한편, 이동부(300)가 갈바노 스캐너(200)를 이동시킨 거리를 반영하여 갈바노 스캐너(200)의 조사 경로를 보정할 수도 있다.
위와 같은 과정을 통하여 복수개의 스캔 영역(A, A', A", A"') 내 소결하고자 하는 3차원 구조물의 단면(501)이 전부 소결되면, 저장부(110) 등은, 제어부(400)의 제어에 의해 저장하고 있는 금속 파우더(500)의 소정량을 스크래퍼부(140)로 배출하는 등의 과정으로 되돌아가 상술한 동작을 반복함으로써 원하는 3차원 구조물이 생성될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 3차원 구조물을 인쇄하기 위한 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치에 있어서,
    금속 파우더를 수용하는 스테이지부;
    상기 금속 파우더의 표면 중 스캔 영역에 소결용 레이저를 조사하는 갈바노 스캐너;
    상기 갈바노 스캐너를 X축 및 Y축으로 이동시키는 이동부; 및
    상기 3차원 구조물에 관한 수평 슬라이싱 파일 내 명령에 따라 상기 갈바노 스캐너의 조사 경로 및 상기 이동부의 이동 경로를 제어하는 제어부를 포함하는 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 금속 파우더의 표면의 면적을 분할하여 상기 스캔 영역의 크기에 대응하는 복수개의 스캔 페이지를 생성하고, 상기 스캔 페이지 별 상기 수평 슬라이싱 파일의 형태를 참조하여 상기 조사 경로 및 상기 이동 경로를 연동시키는 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 이동 경로와 상기 갈바노 스캐너의 실측 움직임 사이의 오차를 보정하는 보정 명령을 생성하여 상기 이동부로 전송하고,
    상기 이동부는, 상기 보정 명령의 보정 값에 따라 이동하는 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 보정 명령은, 상기 이동부의 관성에 의해 발생되는 오차를 보정하는 관성 오차 보정 값을 포함하는 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테이지부는,
    상기 금속 파우더를 저장하고, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 금속 파우더를 배출하는 저장부;
    상기 저장부로부터 상기 금속 파우더를 공급받아 도포되는 평면을 제공하고, 상기 제어부의 제어에 의해 수직 이동가능한 베이스부;
    상기 베이스부의 측면에 접한 수직 벽의 구조로서 상기 베이스부 상에 상기 금속 파우더의 표면의 면적을 정의하는 측벽부; 및
    상기 제어부의 제어에 의해 상기 베이스부 상의 상기 금속 파우더를 분산시켜 얇은 층을 생성하는 스크래퍼부를 포함하는 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112496342A (zh) * 2020-11-30 2021-03-16 上海航天精密机械研究所 一种激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置及方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102144713B1 (ko) * 2018-08-06 2020-08-18 한국생산기술연구원 광 조사 패턴 제어 가능한 3d 프린팅 장치 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000326416A (ja) * 1999-04-23 2000-11-28 Eos Gmbh Electro Optical Systems ３次元物体を製造する装置を校正する方法、校正装置、及び３次元物体を製造する装置および方法
KR20060117305A (ko) * 2003-09-08 2006-11-16 발스파 소싱 인코포레이티드 열가소성 조성물을 이용한 레이저 소결방법
KR20070005000A (ko) * 2004-04-27 2007-01-09 데구사 아게 전자기선 및 잉크젯 방식에 의한 흡수제 도포를 이용한3차원 물체의 제조 방법 및 제조 장치
KR20090013901A (ko) * 2007-08-03 2009-02-06 부산대학교 산학협력단 대면적 마이크로 구조물의 제조방법
WO2015040433A2 (en) * 2013-09-23 2015-03-26 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000326416A (ja) * 1999-04-23 2000-11-28 Eos Gmbh Electro Optical Systems ３次元物体を製造する装置を校正する方法、校正装置、及び３次元物体を製造する装置および方法
KR20060117305A (ko) * 2003-09-08 2006-11-16 발스파 소싱 인코포레이티드 열가소성 조성물을 이용한 레이저 소결방법
KR20070005000A (ko) * 2004-04-27 2007-01-09 데구사 아게 전자기선 및 잉크젯 방식에 의한 흡수제 도포를 이용한3차원 물체의 제조 방법 및 제조 장치
KR20090013901A (ko) * 2007-08-03 2009-02-06 부산대학교 산학협력단 대면적 마이크로 구조물의 제조방법
WO2015040433A2 (en) * 2013-09-23 2015-03-26 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112496342A (zh) * 2020-11-30 2021-03-16 上海航天精密机械研究所 一种激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置及方法

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