WO2019103218A1 - 3d 프린터 - Google Patents

3d 프린터 Download PDF

Info

Publication number
WO2019103218A1
WO2019103218A1 PCT/KR2017/013768 KR2017013768W WO2019103218A1 WO 2019103218 A1 WO2019103218 A1 WO 2019103218A1 KR 2017013768 W KR2017013768 W KR 2017013768W WO 2019103218 A1 WO2019103218 A1 WO 2019103218A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
powder
product
laser
unit
output bed
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/013768
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이동근
백병철
정구상
Original Assignee
원광이엔텍 주식회사
(주)컨셉션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020170158177A external-priority patent/KR101855184B1/ko
Priority claimed from KR1020170158178A external-priority patent/KR101855185B1/ko
Priority claimed from KR1020170158179A external-priority patent/KR101855186B1/ko
Application filed by 원광이엔텍 주식회사, (주)컨셉션 filed Critical 원광이엔텍 주식회사
Priority to US16/307,987 priority Critical patent/US20210221060A1/en
Publication of WO2019103218A1 publication Critical patent/WO2019103218A1/ko
Priority to US17/496,319 priority patent/US20220048252A1/en
Priority to US17/496,114 priority patent/US20220048251A1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/295—Heating elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10—Formation of a green body
    • B22F10/14—Formation of a green body by jetting of binder onto a bed of metal powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/70—Recycling
    • B22F10/77—Recycling of gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/80—Data acquisition or data processing
    • B22F10/85—Data acquisition or data processing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/10—Auxiliary heating means
    • B22F12/13—Auxiliary heating means to preheat the material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/10—Auxiliary heating means
    • B22F12/17—Auxiliary heating means to heat the build chamber or platform
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/46—Radiation means with translatory movement
    • B22F12/47—Radiation means with translatory movement parallel to the deposition plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/49—Scanners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • 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
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • 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
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • 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
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/255—Enclosures for the building material, e.g. powder containers
    • 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
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • 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
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • 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
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/35—Cleaning
    • 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
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a 3D printer. Specifically, it is possible to output a precise three-dimensional molding by accurately irradiating a point to be irradiated with a laser beam, and a temperature deviation occurs inside a case including a product molding chamber for molding the product
  • the present invention relates to a 3D printer capable of enhancing the quality of an output molded article and enhancing the binding force between the powder and the powder applied to the output bed and maximizing the melting of the powder to increase the durability of the output molded article.
  • the basic principle of a typical 3D printer is to build a 3D object by stacking thin 2D layers.
  • such a 3D printer is divided into four types of technologies such as FDM (Fused Deposition Modeling), DLP (Digital Light Processing), SLA (Stereolithography Apparatus) and SLS (Selective Laser Sintering) , And various materials such as ceramics, plastic, metal, and resin are used as the materials to be used.
  • FDM Freused Deposition Modeling
  • DLP Digital Light Processing
  • SLA Stepolithography Apparatus
  • SLS Selective Laser Sintering
  • various materials such as ceramics, plastic, metal, and resin are used as the materials to be used.
  • a wire-shaped filament made of a thermoplastic resin is supplied as a method of forming a target object in a two-dimensional plane form and laminated in three dimensions to form a shape, and the supplied filament is melted through a nozzle and laminated to form an object And a three-dimensional molding technique is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2015-0134186.
  • the SLS method uses a functional polymer or a metal powder, and is a technique in which a laser is irradiated and sintered to form a sphere.
  • the SLA method uses a principle of irradiating a light to a photo- Technology.
  • the DLP method uses a method in which a photocurable resin is cured in response to light, such as an SLA method, and is a technique of irradiating a beam projection onto a photocurable resin to form a molding, and the contents thereof are disclosed in Korean Patent No. 10-533374 .
  • the precision of the laser irradiation is particularly important.
  • the laser irradiation apparatus employed in the conventional SLS-type 3D printer is fixed to the upper center of the outer case and adjusts the irradiation path of the laser by a galvanometer or a reflector In this process, there is a problem that an error occurs, for example, a circular spot of a light beam irradiated on the output plate is distorted.
  • the SLS-type 3D printer according to the related art has a temperature deviation within a case including a product molding chamber for molding a product, there is a problem that a molded product outputted and molded is twisted or cracked due to heat shrinkage or the like .
  • the SLS method according to the prior art has a problem that not only the powdery material is uniformly applied to the bed but also the density of dispersed powders is very low. That is, since the amount of powder dispersed in each region is different, the surface state can not be precisely formed when a molded product is manufactured using a laser, and there is a lot of void space between the powder and the powder, resulting in a problem of durability of the molded product.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a 3D printer provided with a variable laser irradiation device capable of outputting a precise three- It has its purpose.
  • a 3D printer provided with a variable laser irradiation apparatus includes: a powder supply part for supplying powder for product molding in a state of receiving powder therein; And a product shaping unit for shaping the 3D product by irradiating a laser beam on the powder supplied from the powder supply unit and sintering the laser product, the laser irradiator for irradiating the powder with laser, the powder supply unit and the product shaping unit And is movable in the front-rear, left-right direction on the upper surface of the output bed of the product shaping portion on which the powder supplied from the powder supply portion is spread, and in the up-and-down direction on the upper surface of the output bed.
  • the laser irradiating device includes a variable lens so as to change the focal distance of the irradiated laser.
  • variable lens is rotatably coupled to the laser irradiating device so as to adjust an irradiation angle of the laser irradiated from the laser irradiating device.
  • the powder supply unit may include a powder receiving chamber having a hollow shape and containing powder therein; A supply plate for exposing a portion of the powder received through the process of moving up and down according to a predetermined program in the powder receiving chamber to the upper end of the powder receiving chamber; And a transfer unit for transferring the powder exposed to the upper end of the powder accommodation chamber by the supply plate toward the product shaping portion, wherein the product shaping portion is formed in a hollow shape, ; And an output bed configured to move upward and downward in accordance with a predetermined program in the product forming chamber, and in which the powder transferred by the transfer unit is deployed.
  • the transfer unit may further include a moving member spaced upward from the upper surface of the powder accommodating chamber and the upper surface of the output bed of the product forming part to be moved from the powder accommodating chamber toward the product forming chamber, And a compaction member extending to expose the powder exposed to the upper end of the powder receiving chamber toward the product forming chamber to planarize the powder on the output bed.
  • a hollow powder recovery unit is disposed on the opposite side of the powder supply unit with respect to the product forming unit, and powders not sintered out of the powder supplied from the powder storage chamber to the product production chamber by the transfer unit, To the powder recovery unit.
  • the inner shape of the powder recovery part is formed such that the width becomes narrower from the upper part to the middle part, the width becomes wider from the middle part to the lower part, and a filter is provided in the middle part to separate the usable powder .
  • a 3D printer equipped with a heating device comprises a powder supply part for supplying powder for product molding in a state of containing powder therein;
  • the powder supply unit is preheated when the powder is supplied to the output bed of the product shaping unit and is placed on the output bed of the product shaping unit,
  • a first heating device for generating heat to heat the stacked powder is installed, and a heat is generated in the output bed of the product molding part in order to keep the surface temperature of the output bed constant,
  • a second heating device is installed.
  • a screw is provided in the powder supply part to prevent powder from aggregating.
  • the first heating device is made of a UV laser, and the UV (ultraviolet) laser is provided at an outlet of the powder supply part through which the powder is discharged.
  • the second heating device may be in the form of an infrared lamp or a heating coil, and may be installed in the output bed.
  • the apparatus may further include a third heating device installed at an upper inner side of the case for accommodating the powder supplying part and the product forming part to generate heat to keep the internal temperature of the case constant.
  • the third heating device may include a lamp for generating heat and a reflector disposed at one side of the lamp and rotatably installed to reflect heat generated from the lamp to a required portion.
  • a plurality of temperature sensors are installed in each of the regions in the case, and the plurality of temperature sensors sense a temperature of each internal region of the case and then transmit a signal to the reflector, It is preferable that the heat is reflected in such a manner that the temperature is directed toward a low temperature region inside.
  • a 3D printer having a binder jet unit includes a powder supply unit for supplying powder for product molding in a state of containing powder therein, A powder supply part for supplying powder is disposed above one side of the output bed of the product molding part, and a powder supply part for supplying the powder to the opposite side of the powder supply part, A binder jetting section for discharging a binder only in a region to be fused with the laser by irradiating a laser beam is arranged on the other side of the output bed, and the powder supplying section is provided with a powder supplying part to the output bed while moving from one side to the other side of the output bed And then stopped on the other side of the output bed The powder feed part and the binder jet part moved together from the other side of the output bed to one side, the powder is stopped to be supplied to the powder area to be melted while the powder feed part is stopped, and then stopped, The laser beam is irradiated, and the above processes of melting and sintering are repeated
  • the binder jet part has a container shape in which a plurality of micropores penetrate through the bottom surface, and a binder made of resin through the plurality of micropores is injected in a liquid-phase ejection method.
  • a cleaning space for cleaning the binder jet part is formed in a groove shape in the product molding part located near the other side of the output bed, and the binder jet part is positioned and washed in the cleaning space when the final formed product is molded .
  • the powder is powder of any one of carbon, ceramic, polymer and metal.
  • a first heating device made of a UV laser is installed in the powder supply part to preheat when supplying powder to the output bed of the product molding part and generate heat to heat the powder deposited on the output bed of the product molding part .
  • a second heating device in the form of an infrared lamp or a heating coil for generating heat in order to keep the surface temperature of the output bed constant, .
  • a lamp which generates heat to maintain the internal temperature of the case at a constant level, and a heat generated from the lamp, which is located at one side of the lamp, is provided at an inner upper end of the case accommodating the powder supply part and the product molding part,
  • a third heating device including a reflector rotatably installed so as to reflect the light emitted from the light source is preferably disposed.
  • a plurality of temperature sensors are installed in each of the regions in the case, and the plurality of temperature sensors sense a temperature of each internal region of the case and then transmit a signal to the reflector, It is preferable that the heat is reflected in such a manner that the temperature is directed toward a low temperature region inside.
  • the present invention has the following effects.
  • the present invention is characterized in that a laser irradiation device is installed on the inner upper end of a case for housing a powder supply part and a product molding part, and a laser irradiation device is installed in a front side, a left side direction and a right side direction on the basis of the top surface of the output part of the product forming part, And a variable lens is rotatably coupled to the laser irradiation device so as to be able to adjust the irradiation angle of the laser irradiated from the laser irradiation device so as to accurately irradiate the laser irradiation point So that an elaborate three-dimensional molding can be output.
  • the present invention is characterized in that a hollow powder recovery unit is disposed on the opposite side of the powder supply unit based on the product shaping unit, and powders that are not sintered among powders supplied from the powder storage chamber to the product formation chamber by the transfer unit, The powder is recovered to the powder recovery section, thereby preventing the powder from being wasted.
  • the present invention is characterized in that the inner shape of the powder recovery part is formed in such a shape that the width becomes narrower from the upper part to the middle part, the width becomes wider from the middle part to the lower part, and a filter The efficiency of powder recovery can be increased.
  • the present invention provides a first heating device for supplying heat to the output bed of the product molding section and for generating heat to heat the powder stacked on the output bed of the product molding section to the powder supply section, It can be smoothly supplied without being agglomerated by moisture or the like, and can be uniformly stacked on the output bed.
  • the present invention has the effect of inserting a second heating device for generating heat in the output bed of the product molding part, thereby maintaining the temperature of the laminated powder, the humidity and the surface temperature of the output bed at a constant level.
  • a third heating device for generating heat is provided at an inner upper end of a case for accommodating the powder supplying part and the product forming part, so that a temperature deviation does not occur inside the case including the product forming chamber for molding the product And the quality of the output molded article can be improved.
  • the present invention is characterized in that the third heating device comprises a lamp for generating heat and a reflector which is disposed on one side of the lamp and is rotatably installed so as to reflect the heat generated from the lamp to a necessary portion, A plurality of temperature sensors are provided for each region, and a plurality of temperature sensors sense the temperature of each internal region of the case and then transmit a signal to the reflector so that the reflector reflects heat toward the low temperature region inside the case . Accordingly, it is possible to keep the temperature inside the case at a constant level and to minimize the occurrence of warping or cracking of the final molded product.
  • a powder supply part for supplying powder is disposed on one side of the output bed of the product molding part, and a laser is irradiated on the other side of the output bed opposite to the powder supply part to discharge the binder only in a region where the powder is to be melted
  • the powder feed part and the binder jet part located at the other side of the output bed are fed together from the other side of the output bed to the other side of the output bed
  • the binder is discharged to the powder region to be melted in the state where the supply of the powder in the powder supplying portion is stopped and then the powder is stopped and then the laser is irradiated to the powder region from which the binder is discharged to melt and sinter,
  • the binding force between the powder and the powder applied to the water bed is enhanced and the melting of the powder is maximized to increase the durability of the output molded article.
  • the present invention is characterized in that a cleaning space for cleaning the binder jet part is formed in the form of a groove in the product molding part located near the other side of the output bed, and the binder jet part is disposed in the cleaning space when the final molded product is molded, It is possible to prevent the binder from hardening after a certain period of time and preventing the work from being performed smoothly.
  • FIG. 1 is a schematic view of a 3D printer equipped with a variable-type laser irradiation apparatus according to a first aspect of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which the laser irradiation apparatus of FIG. 1 moves in the X-axis and irradiates the laser inside the case.
  • FIG. 3 is a view showing a state in which a variable lens is coupled to the laser irradiation apparatus of FIG. 1 to change the irradiation direction of the laser.
  • Fig. 4 is a view showing a state in which the laser irradiation area changes when the laser irradiation device of Fig. 3 moves in the Z-axis direction (vertical direction in the case).
  • Fig. 5 is a view showing a modification of Fig. 4.
  • FIG. 6 is a view showing a laser irradiation area according to the height of the Z-axis when the laser irradiation device of Fig. 5 moves in the Z-axis direction (vertical direction in the case).
  • FIG. 7 is a view showing an output bed provided with a powder supply part and a second heating device provided with a first heating device in a 3D printer having a heating device according to a second aspect of the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged view of the powder supply portion of FIG.
  • FIG. 9 is a view schematically showing an example of a second heating device installed on the output bed of FIG.
  • FIG. 10 is a view showing a state in which a third heating device is installed inside a case and a plurality of temperature sensors are installed in a case of a 3D printer in a 3D printer having a heating device according to a second aspect of the present invention.
  • FIG. 11 is a view schematically showing another example of the second heating device installed on the output bed of Fig.
  • FIG. 12 is a view schematically showing a 3D printer provided with a binder jet unit according to a third aspect of the present invention, in which a powder supply unit and a binder jet unit are disposed on an output bed.
  • FIG. 13 is a plan view of Fig.
  • FIG. 14 is a view showing a state in which a cleaning space of a binder jet part is formed in a 3D printer provided with the binder jet part of FIG. 12;
  • Fig. 15 (a) is a view schematically showing the binder jet part of Fig. 12, and Fig. 15 (b) is a view showing the bottom surface of the binder jet part of Fig.
  • FIG. 1 to 6 are views showing a 3D printer equipped with a variable laser irradiation apparatus according to a first aspect of the present invention.
  • the 3D printer including the variable-type laser irradiation apparatus includes a powder supply unit 10, a product shaping unit 20, and a laser irradiation apparatus 40 .
  • the powder supply unit 10 includes a powder receiving chamber 11, a supply plate 13, and a transfer unit 15 for supplying powder for product molding in a state of receiving powder therein.
  • the powder accommodating chamber 11 is hollow and receives powder therein.
  • the powder accommodating chamber 11 has a shape having a partition wall protruding upward from both sides and the rear except for the first connection portion C1 at the front connected to the product molding portion 20 ≪ / RTI >
  • the powder exposed to the upper end of the powder accommodation chamber 11 can be prevented from falling out of the powder accommodation chamber 11 through the partition wall.
  • the supply plate 13 exposes a part of the powder received through the process of moving up and down according to a preset program in the powder accommodation chamber 11 to the upper end of the powder accommodation chamber 11, 1 drive unit 14, as shown in Fig.
  • the first driving part 14 includes a first lifting rod (not shown) having one end fixed to the lower part of the supply plate 13 and the other end extending downward from the inside of the powder receiving chamber 11, (Not shown) to move up and down together with the first lift rod in a state where at least one first guide (not shown) is disposed around the first lift rod, As shown in FIG.
  • the transfer unit 15 transfers the powder exposed to the upper end of the powder accommodation chamber 11 by the supply plate 13 to the product shaping part 20 and is disposed in the upper part of the powder accommodation chamber 11, And repeatedly performs forward and backward movement along the direction connecting the accommodating chamber 11 and the product forming chamber 21.
  • the conveying unit 15 is located at the rear end of the powder receiving chamber 11 during the lifting of the supplying plate 13 and the rising of the supplying plate 13 is completed and a predetermined amount of powder is supplied to the upper end of the powder receiving chamber 11 In the exposed state, the transfer starts from the rear of the powder accommodation chamber 11 forward.
  • the movement of the transfer unit 15 serves to push the powder exposed at the upper end of the powder receiving chamber 11 toward the product forming chamber 21 side.
  • a predetermined amount of powder that can be sintered through laser exposure on the product molding part 20 can be periodically supplied.
  • Such a transfer unit 15 is moved upward from the powder accommodating chamber 11 to the product shaping chamber 21 by being spaced upward from the upper surface of the powder accommodating chamber 11 and the upper surface of the output bed 23 of the product forming unit 20.
  • the powder that extends downward from the lower end of the moving member 15a and is exposed to the upper end of the powder accommodating chamber 11 is pushed toward the product forming chamber 21 to form an image on the output bed 23
  • a compaction member 15b provided to flatten the powder.
  • the product molding section 20 is located at one side of the powder supply section 10 and forms a 3D product by irradiating a powder supplied from the powder supply section 10 with a laser and sintering the product to form a product molding chamber 21, 23).
  • the product forming chamber 21 has a hollow shape and is located at one side of the powder receiving chamber 11.
  • the product forming chamber 21 is a space in which powder supplied from the powder supplying unit 10 is sintered by a laser and molded into a product of a desired shape .
  • the product forming chamber 21 may be structured to be connected to the upper end of the powder accommodation chamber 11 through the first connection part C1 so that the powder supply can be smoothly performed.
  • the first connection part C1 for example, (11) to the product forming chamber (21) side.
  • the output bed 23 is configured to move up and down according to a preset program in the product forming chamber 21, and is configured such that the powder conveyed by the conveying unit 15 is unfolded, and the second drive unit 24 to move up and down.
  • the second driving unit 24 includes a second lifting rod (not shown) having one end fixed to the lower portion of the output bed 23 and the other end extending downward from the inside of the product forming chamber 21, And a second driving motor (not shown) for moving the first and second lifting and lowering rods in the up and down direction, and one or more second guides (not shown) disposed around the second lifting and lowering rods, 23).
  • the laser irradiating device 40 for irradiating the powder to the powder is provided at the inner upper end of the case 50 for accommodating the powder supplying part 10 and the product molding part 20.
  • the laser irradiating device 40 includes a powder supplying part 10 in the front and rear direction and on the upper side of the upper surface of the output bed 23 on the basis of the upper surface of the output bed 23 of the product molding unit 20 on which the powder is spread.
  • the axis in the direction in which powder is supplied from the powder supply unit 10 to the product molding unit 20 is referred to as X axis
  • the axis orthogonal to the X axis is referred to as Y axis
  • the axis in the vertical direction of the case 50 is referred to as Z axis
  • the X-axis frame 51, the Y-axis frame 52, and the Z-axis frame 53 are provided on the inner upper end of the case 50, respectively.
  • the X-axis frame 51, the Y-axis frame 52, and the Z-axis frame 53 can be realized in the form of an LM (linear motion) Axis frame 52 and the Z-axis frame 53 so as to be movable in the front, rear, left and right directions on the upper surface of the output bed 23 and in the upper and lower directions on the upper surface of the output bed 23
  • LM linear motion
  • Galvano Mirror System Galvano Mirror System
  • the laser irradiating device 40 may include a variable lens 42 to vary the focal distance of the laser to be irradiated.
  • the variable lens 42 may be a laser irradiating device, Is rotatably coupled to the laser irradiation device (40) so as to adjust the irradiation angle of the laser irradiated from the laser irradiation device (40).
  • the laser irradiating device 40 is installed at the inner upper end of the case 50 that accommodates the powder supplying part 10 and the product molding part 20 and the powder supplied from the powder supplying part 10
  • the laser printer 40 is provided so as to be movable in the front and rear left and right directions on the upper surface of the output product bed 23 of the product molding unit 20 and the upper and lower direction on the upper surface of the output bed 23,
  • the variable lens 42 is rotatably coupled to the laser irradiation device 40 so that the irradiation angle can be adjusted so that the laser irradiation point is accurately irradiated to the point to be irradiated so that a precise three dimensional molded product can be outputted 6)
  • a hollow powder recovery unit 30 can be disposed on the opposite side of the powder supply unit 10 with respect to the product molding unit 20, Powder not sintered among powders supplied from the powder receiving chamber 11 to the product forming chamber 21 is recovered to the powder recovering portion 30 through the second connecting portion C2 by the conveying unit 15 do.
  • the inner shape of the powder recovery part 30 is formed in an hourglass shape having a narrower width from the upper part to a middle part and a wider width from the middle part to the lower part, A filter 32 is provided.
  • a hollow powder recovery unit 30 is disposed on the opposite side of the powder supply unit 10 with respect to the product molding unit 20 and the powder product is delivered from the powder reception chamber 11 to the product production chamber 21 The powder not sintered is recovered to the powder recovery unit 30 by the transfer unit 15 so that the powder can be prevented from being wasted.
  • FIG. 7 to 11 are views showing a 3D printer equipped with a heating device according to a second aspect of the present invention.
  • a 3D printer having a heating apparatus includes a powder supply unit 100 and a product molding unit 20.
  • the powder supply unit 100 is a hopper type for supplying powder for product molding in a state of receiving powder therein, And the powder is discharged and supplied while linearly moving.
  • a first heating device (not shown) for preheating when the powder is supplied to the output bed 23 of the product molding part 20 and generating heat to heat the powder deposited on the output bed 23 of the product molding part 20 110 are installed.
  • the first heating device 110 is made of UV (ultraviolet) laser and is provided at a discharge port of a hopper-shaped powder supply part 100 through which powder is discharged.
  • a screw 130 may be installed in the powder supplying part 100 to prevent the powder from aggregating.
  • a first heating device (not shown) for preheating when the powder is supplied to the output bed 23 of the product molding part 20 and generating heat to heat the powder deposited on the output bed 23 of the product molding part 20 110 are provided in the powder supplying part 100, the powder can be smoothly supplied without being agglomerated by moisture or the like, and can be uniformly stacked on the output bed 23.
  • the powder When the powder is supplied from the powder supply unit 100 to the output bed 23, the powder is supplied to the rear of the hopper-shaped powder supply unit 100 (the direction in which the powder is supplied The rotating roller 150 is moved linearly on the output bed 23 in unison with the powder supplying unit 100.
  • the product molding section 20 includes a product forming chamber 21 and an output bed 23 for forming a 3D product by irradiating a powder supplied from the powder supplying section 100 with laser and sintering the product.
  • the product forming chamber 21 has the same configuration as that of the first aspect described above, and a description thereof will be omitted.
  • a second heating device 26 for generating heat in order to maintain the surface temperature of the output bed 23 constant is provided in the output bed 23 of the product molding section 20.
  • the second heating device 26 may be installed in the output bed 23 in the form of an infrared lamp 26a (see FIG. 9) or a heating coil 26b (see FIG. 11).
  • the powder supply unit 10 may be configured to include the powder accommodation chamber 11, the supply plate 13, and the transfer unit 15 as in the first aspect described above as another embodiment.
  • the powder supply unit 10 when the powder is supplied to the output bed 23 of the product molding unit 20, the powder supply unit 10 is provided with a first heating device for generating heat for preheating.
  • the first heating device may be an infrared lamp, And can be inserted into the supply plate 13.
  • the heat generating unit 50 is installed at the inner upper end of the case 50 that accommodates the powder supplying unit 10 and the product molding unit 20, 3 heating device 51 as shown in Fig.
  • the third heating device 51 includes a lamp 51a for generating heat and a reflector 51a disposed on one side of the lamp 51a and rotatably installed so as to reflect the heat generated from the lamp 51a to a required portion 51b.
  • the third shaping chamber 21 for shaping the product is provided by providing the third heating device 51 for generating heat at the inner upper end of the case 50 accommodating the powder supply part 10 and the product shaping part 20 It is possible to prevent the occurrence of a temperature deviation within the case 50 and to improve the quality of the molded product.
  • a plurality of temperature sensors 53 are installed in each case in the case 50.
  • the plurality of temperature sensors 53 sense the temperature of each internal region of the case 50 and then detect the temperature So that the reflector 51b is directed toward the low temperature region inside the case 50 to reflect the heat.
  • a driving motor (not shown) is coupled to the reflecting mirror 51b, and the driving motor is connected to receive an electric signal from the plurality of temperature sensors 53 to adjust the rotating angle of the reflecting mirror 51b. At this time, it is preferable that the drive motor is a step motor.
  • the 3D printer having the heating apparatus according to the second aspect of the present invention may include the powder recovery unit 30 as in the first aspect described above.
  • FIGS. 12 to 15 are views showing a 3D printer having a binder jet unit according to a third aspect of the present invention.
  • the 3D printer having the binder jet unit according to the third aspect of the present invention includes a powder supply unit 100, a product shaping unit 200, and a binder jet unit 300.
  • the powder supply unit 100 is a hopper type for supplying powder for product molding in a state where the powder is housed therein and discharges the powder while linearly moving on the output bed 230 of the product shaping unit 200.
  • a first heating device for preheating and generating heat to heat the powder deposited on the output bed 230 of the product molding part 200 when the powder is supplied to the output bed 230 of the product molding part 200 Not shown).
  • the first heating device is made of UV (ultraviolet) laser, and is provided at a discharge port of a hopper-shaped powder supply part 100 through which powder is discharged.
  • a screw for preventing the powder from aggregating may be installed in the powder supplying part 100.
  • the product molding unit 200 is for forming a 3D product by irradiating laser to a powder supplied from the powder supplying unit 100 and sintering the product to be positioned on one side of the powder supplying unit 100.
  • the product forming unit 200 includes a product forming chamber 210, 230).
  • the product forming chamber 210 has a hollow shape and is located at one side of the powder receiving chamber, and means a space in which the powder supplied from the powder supplying unit 100 is molded into a product of a desired shape under sintering by a laser .
  • the product forming chamber 210 may be structured to be connected to the upper end of the powder receiving chamber through the first connecting portion C1 so as to smoothly supply the powder as in the first aspect described above,
  • the shape may be inclined downward from the powder accommodating chamber toward the product forming chamber 210 side.
  • the output bed 230 is moved up and down according to a preset program in the product forming chamber 210.
  • the powder conveyed by the conveying unit is expanded and the second drive unit 240 coupled to the lower part Thereby making it possible to move up and down.
  • the second driving unit 240 includes a second lifting rod (not shown) having one end fixed to the lower portion of the output bed 230 and the other end extending downward from the inside of the product forming chamber 210, And a second driving motor (not shown) for moving the first and second lifting and lowering rods in the up and down direction, and one or more second guides (not shown) disposed around the second lifting and lowering rods, 230).
  • the temperature of the stacked powder is kept constant, the humidity is controlled, and the temperature of the surface of the output bed 230 is kept constant.
  • a second heating device in the form of a lamp or heating coil may be provided.
  • a powder supply unit 100 for supplying powder is disposed at an upper portion of one side of the output bed 230 of the product forming unit 200, and an output bed 230 opposed to the powder supply unit 100,
  • a binder jet unit 300 for irradiating a laser beam and discharging the binder B only in a region where the powder is to be melted is disposed.
  • the powder supplying unit 100 supplies the powder to the output bed 230 while moving from one side of the output bed 230 to the other side, stops after the powder is supplied to the powder supplying unit 100 located at the other side of the output bed 230,
  • the binder jet unit 300 moves together from one side to the other side of the output bed 230 and stops the supply of the powder to the powder supply unit 100 and discharges the binder B to the powder region to be melted, As shown in Fig. 13, the above process of irradiating and melting and sintering the laser beam onto the powder region S from which the binder B has been discharged is repeated to output the final molded product.
  • the binder jet unit 300 includes a container 310 having a plurality of micropores 312 penetrating the bottom surface 310, and a plurality of micropores 312, (B) is sprayed in a liquid-phase discharge manner.
  • the binding force between the powder and the powder applied to the output bed (230) is strengthened and the melting of the powder is maximized, so that the durability of the output molded article can be increased.
  • a cleaning space 250 for cleaning the binder jet part 300 is formed in a groove shape in the product molding part 200 located near the other side of the output bed 230 as shown in FIG. When formed, the binder jet unit 300 is positioned in the cleaning space 250 and is made to be cleaned.
  • the washing liquid may be cleaned by the washing liquid.
  • a brush or the like may be installed in the cleaning space 250 to clean the binder jet unit 300, or various other configurations may be used.
  • the powder to be accommodated in the powder supplying part 100 is powder of any one of carbon, ceramic, polymer and metal.
  • the third heating device may be disposed at the inner upper end of the case housing the powder supply part 100 and the product molding part 200 as in the second aspect described above.
  • a plurality of temperature sensors are provided in each of the regions in the case, and a plurality of temperature sensors sense the temperature of each internal region of the case and then transmit signals to the reflector, So as to reflect the heat.
  • a drive motor is coupled to the reflector, and the drive motor is connected to receive electrical signals from the plurality of temperature sensors to adjust the rotation angle of the reflector. At this time, it is preferable that the drive motor is a step motor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명은 레이저가 조사되어야할 포인트에 정확히 조사되도록 하여 정교한 입체적 성형물을 출력해 낼 수 있고, 제품을 조형하는 제품 조형 챔버를 포함하는 케이스 내부에 온도 편차가 발생하지 않도록 하여 출력된 성형물의 품질을 향상시킬 수 있으며, 출력물 베드에 도포되는 분말과 분말 간의 결속력을 강화하고 분말의 용융을 극대화하여 출력된 성형물의 내구성을 증대시킬 수 있는 3D 프린터에 관한 것이다.

Description

3D 프린터
본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로, 구체적으로는 레이저가 조사되어야할 포인트에 정확히 조사되도록 하여 정교한 입체적 성형물을 출력해 낼 수 있고, 제품을 조형하는 제품 조형 챔버를 포함하는 케이스 내부에 온도 편차가 발생하지 않도록 하여 출력된 성형물의 품질을 향상시킬 수 있으며, 출력물 베드에 도포되는 분말과 분말 간의 결속력을 강화하고 분말의 용융을 극대화하여 출력된 성형물의 내구성을 증대시킬 수 있는 3D 프린터에 관한 것이다.
최근에는 제품의 디자이너 및 설계자가 CAD 나 CAM을 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성하고, 이렇게 생성된 데이터를 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작하는 이른바 3차원 프린팅 방법이 등장하게 되었으며, 이러한 3D 프린터를 산업, 생활, 의학 등 매우 다양한 분야에서 활용하고 있다.
일반적인 3D 프린터의 기본적인 원리는 얇은 2D 레이어를 쌓아서 3D 물체를 만드는 것이다.
이와 같은 3D프린터는 프린팅 방식에 따라 크게 FDM(Fused Deposition Modeling)방식, DLP(Digital Light Processing)방식, SLA(StereoLithography Apparatus)방식, SLS(Selective Laser Sintering) 방식 등 4가지 방식으로 기술이 분류되고 있으며, 그 사용재료로는 세라믹, 플라스틱, 금속, 수지 등 다양한 종류가 사용되고 있다.
FDM 방식은 대상물체를 2차원의 평면형태로 성형하면서 3차원으로 적층하여 형태를 만들어가는 방식으로서 열가소성 수지로 된 와이어 형태의 필라멘트를 공급하고, 공급된 필라멘트를 노즐을 통해 용융시켜서 적층함으로써 물체를 3차원으로 성형하는 기술방식이며, 이에 대한 내용은 대한민국 공개특허 10-2015-0134186호 등에 개시되어 있다.
SLS방식은 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하며, 레이저를 조사(照射)하여 소결시켜서 셩헝하는 기술방식이고, SLA 방식은 광경화수지에 광(light)을 조사하여 조사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 기술방식이다.
DLP방식은 SLA 방식처럼 광경화수지가 광에 반응하여 경화되는 것을 이용한 것으로, 광경화수지에 빔프로젝션을 조사하여 성형시키는 기술방식으로서 이에 대한 내용은 대한민국 등록특허 제10-533374호 등에 개시되어 있다.
한편, SLS 방식 등과 같이 레이저를 이용하여 3D 프린팅을 하는 경우에는, 레이저가 조사되어야할 포인트에 정확히 조사되도록 하는 것이 중요하다.
이는 레이저가 조사되어야 할 포인트에 정밀하게 조사될수록 보다 정교한 입체적 성형물을 출력해 낼 수 있기 때문이다.
아울러, 레이저의 조사 정밀도가 떨어지면 성형물이 거칠게 성형되어 출력된 성형물의 품질이 저하되기 때문에, 레이저 조사의 정밀도는 특히 중요하다.
그러나, 종래의 SLS 방식의 3D 프린터에 채용되는 레이저 조사장치는 외부 케이스의 상단 중앙에 고정 설치되어 레이저를 필요한 위치에만 조사 시키기 위하여 갈바노미터(Galvanometer) 또는 반사경 등에 의해 레이저의 조사경로를 조정하게 되는데, 이 과정에서 오차, 예를 들어, 출력판에 조사된 광선의 원형 스팟(spot)이 일그러지게 되는 등의 오차가 발생하기 쉬운 문제점이 있다.
아울러, 종래 기술에 따른 SLS 방식의 3D 프린터는, 제품을 조형하는 제품 조형 챔버를 포함하는 케이스 내부에 온도 편차가 발생하기 때문에 성형되어 출력된 성형물이 열수축 등으로 인해 뒤틀리거나 크랙이 발생하게 되는 문제점이 있다.
한편, 종래 기술에 따른 SLS 방식의 3D 프린터는, 분말 형태의 재료를 도포한 후 레이저를 재료에 선택적으로 조사하여 분말을 용융 시키고, 다시 분말 재료를 한층 도포한 후 레이저를 조사하는 과정을 반복함으로써 성형물을 출력하게 된다.
그러나, 종래 기술에 따른 SLS 방식은 분말 형태의 재료가 베드에 균일하게 도포되지 않을 뿐만 아니라 분산되어 있는 분말들의 밀도가 매우 낮은 문제점이 있다. 즉, 부위별로 분산되어 있는 분말의 양이 달라 레이저를 이용하여 성형물을 제조하였을 때 표면 상태가 정밀하게 형성되지 못하고, 분말과 분말 사이에 빈 공간이 많아 성형물의 내구성이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 여러 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 레이저가 조사되어야할 포인트에 정확히 조사되도록 하여 정교한 입체적 성형물을 출력해 낼 수 있는 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 제품을 조형하는 제품 조형 챔버를 포함하는 케이스 내부에 온도 편차가 발생하지 않도록 하여 출력된 성형물의 품질을 향상시킬 수 있는 가열장치를 구비한 3D 프린터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 출력물 베드에 도포되는 분말과 분말 간의 결속력을 강화하고 분말의 용융을 극대화하여 출력된 성형물의 내구성을 증대시킬 수 있는 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1관점에 따른 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터는, 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 분말 공급부와, 상기 분말 공급부의 일측에 위치하여 상기 분말 공급부로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 제품 조형부를 포함하고, 상기 분말에 레이저를 조사하는 레이저 조사장치는, 상기 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에 설치되되, 상기 분말 공급부로부터 공급받은 분말이 펼쳐지는 상기 제품 조형부의 출력물 베드 상면을 기준으로 전후좌우 방향 및 상기 출력물 베드 상면의 상부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레이저 조사장치는, 조사되는 레이저의 초점거리를 가변시킬 수 있도록 가변렌즈를 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 가변렌즈는 상기 레이저 조사장치로부터 조사되는 레이저의 조사 각도를 조절할 수 있도록 상기 레이저 조사장치에 회동 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.
게다가, 상기 분말 공급부는, 중공 형태로 이루어져 내부에 분말이 수용되는 분말 수용 챔버; 상기 분말 수용 챔버 내에서 기설정된 프로그램에 따라 상하 이동하는 과정을 통해 수용된 분말 중 일부분을 상기 분말 수용 챔버의 상단으로 노출되게 하는 공급 플레이트; 및 상기 공급 플레이트에 의해 상기 분말 수용 챔버의 상단으로 노출된 분말을 제품 조형부 쪽으로 이송시키는 이송 유닛;을 포함하고, 상기 제품 조형부는, 중공 형태로 이루어져 상기 분말 수용 챔버의 일측에 위치하는 제품 조형 챔버; 및 상기 제품 조형 챔버 내에서 기설정된 프로그램에 따라 상하로 이동하도록 이루어지며, 상기 이송 유닛에 의해 이송된 분말이 펼쳐지는 출력물 베드;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 이송 유닛은, 상기 분말 수용 챔버 상단 및 제품 조형부의 출력물 베드 상면으로부터 상방으로 이격되어 상기 분말 수용 챔버로부터 제품 조형 챔버 방향으로 이동하도록 마련되는 이동부재와, 상기 이동부재의 하단으로부터 하방으로 연장되어 상기 분말 수용 챔버의 상단으로 노출된 분말을 제품 조형 챔버 쪽으로 밀어내어 출력물 베드 상의 분말을 평탄화하도록 마련되는 다짐부재를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제품 조형부를 기준으로 상기 분말 공급부와 반대쪽에는 중공 형태의 분말 회수부가 배치되고, 상기 이송 유닛에 의해 분말 수용 챔버로부터 제품 조형 챔버로 공급된 분말 중 소결이 이루어지지 않은 분말은 상기 이송 유닛에 의해 상기 분말 회수부로 회수되는 것이 바람직하다.
게다가, 상기 분말 회수부의 내부 형상은, 상부에서 중간부분으로 갈수록 폭이 좁아지다가 중간부분에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지는 형태로 형성되고, 상기 중간부분에는 사용가능한 분말을 분리할 수 있도록 필터가 마련되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 제2관점에 따른 가열장치를 구비한 3D 프린터는, 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 분말 공급부와, 상기 분말 공급부로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 제품 조형부를 포함하고, 상기 분말 공급부는 호퍼 형태로 이루어지며, 상기 분말 공급부에는 상기 제품 조형부의 출력물 베드에 분말을 공급하는 경우 예열을 하고 상기 제품 조형부의 출력물 베드 위에 적층된 분말에 후열을 하기 위해 열을 발생시키는 제1가열장치가 설치되며, 상기 제품 조형부의 출력물 베드에는 적층된 분말의 보온 및 항습, 출력물 베드의 표면 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 제2가열장치가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분말 공급부의 내부에는 분말이 응집되는 것을 방지하기 위한 스크류가 설치되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제1가열장치는 UV 레이저로 이루어지고, 상기 UV(자외선) 레이저는 분말이 배출되는 상기 분말 공급부의 배출구에 마련되는 것이 바람직하다.
게다가, 상기 제2가열장치는 적외선 램프 또는 히팅 코일 형태로 이루어져 상기 출력물 베드에 내설되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에 설치되어 상기 케이스의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 제3가열장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제3가열장치는 열을 발생시키는 램프와, 상기 램프의 일측에 위치하여 상기 램프로부터 발생되는 열을 필요한 부분으로 반사시킬수 있도록 회동가능하게 설치되는 반사경을 포함하는 것이 바람직하다.
게다가, 상기 케이스의 내부에는 복수의 온도센서가 영역별로 각각 설치되고, 상기 복수의 온도센서는 상기 케이스의 내부 각 영역별 온도를 감지한 다음 상기 반사경으로 신호를 전달함으로써, 상기 반사경이 상기 케이스의 내부에서 온도가 낮은 영역을 향하도록 하여 열을 반사시키는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 제3관점에 따른 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터는, 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 분말 공급부와, 상기 분말 공급부의 일측에 위치하여 상기 분말 공급부로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 제품 조형부를 포함하는 3D 프린터로서, 상기 제품 조형부의 출력물 베드 일측 상부에는 분말을 공급하기 위한 분말 공급부가 배치되고, 상기 분말 공급부와 대향하는 상기 출력물 베드의 타측 상부에는 레이저를 조사하여 분말을 용융하고자 하는 영역에만 바인더를 토출하기 위한 바인더 제트부가 배치되며, 상기 분말 공급부는 상기 출력물 베드의 일측으로부터 타측으로 이동하면서 출력물 베드에 분말을 공급한 다음 정지하고, 상기 출력물 베드의 타측에 위치한 상기 분말 공급부와 바인더 제트부는 함께 상기 출력물 베드의 타측으로부터 일측으로 이동하되 분말 공급부의 분말 공급은 중단한 상태로 용융하고자 하는 분말 영역에 바인더를 토출한 다음 정지하며, 상기 바인더가 토출된 분말 영역에 레이저를 조사하여 용융 및 소결시키는 상기 과정들을 반복함으로써 최종 성형물을 출력하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바인더 제트부는 저면에 복수의 미세공이 관통 형성된 용기 형태로 이루어지고, 상기 복수의 미세공을 통해 레진으로 이루어진 바인더가 액상 토출 방식으로 분사되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 출력물 베드의 타측 근방에 위치한 제품 조형부에는 상기 바인더 제트부를 세척하기 위한 세척 공간이 홈 형태로 형성되고, 최종 성형물이 성형되면 상기 바인더 제트부는 상기 세척 공간에 위치하여 세척되도록 이루어지는 것이 바람직하다.
게다가, 상기 분말은 탄소, 세라믹, 폴리머, 금속 중 어느 하나의 분말인 것이 바람직하다.
또한, 상기 분말 공급부에는 상기 제품 조형부의 출력물 베드에 분말을 공급하는 경우 예열을 하고 상기 제품 조형부의 출력물 베드 위에 적층된 분말에 후열을 하기 위해 열을 발생시키는 UV 레이저로된 제1가열장치가 설치되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제품 조형부의 출력물 베드에는 적층된 분말의 보온 및 항습, 출력물 베드의 표면 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 적외선 램프 또는 히팅 코일 형태로 이루어진 제2가열장치가 내설되는 것이 바람직하다.
게다가, 상기 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에는, 상기 케이스의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 램프와, 상기 램프의 일측에 위치하여 상기 램프로부터 발생되는 열을 필요한 부분으로 반사시킬수 있도록 회동가능하게 설치되는 반사경을 포함하여 이루어진 제3가열장치가 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 케이스의 내부에는 복수의 온도센서가 영역별로 각각 설치되고, 상기 복수의 온도센서는 상기 케이스의 내부 각 영역별 온도를 감지한 다음 상기 반사경으로 신호를 전달함으로써, 상기 반사경이 상기 케이스의 내부에서 온도가 낮은 영역을 향하도록 하여 열을 반사시키는 것이 바람직하다.
전술한 과제의 해결수단에 의하면 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
본 발명은 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에 레이저 조사장치를 설치하되, 레이저 조사장치를 분말 공급부로부터 공급받은 분말이 펼쳐지는 제품 조형부의 출력물 베드 상면을 기준으로 전후좌우 방향 및 출력물 베드 상면의 상부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 마련하고, 레이저 조사장치로부터 조사되는 레이저의 조사 각도를 조절할 수 있도록 레이저 조사장치에 가변렌즈를 회동 가능하게 결합함으로써, 레이저가 조사되어야할 포인트에 정확히 조사되도록 하여 정교한 입체적 성형물을 출력해 낼 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 제품 조형부를 기준으로 분말 공급부와 반대쪽에 중공 형태의 분말 회수부를 배치하고, 이송 유닛에 의해 분말 수용 챔버로부터 제품 조형 챔버로 공급된 분말 중 소결이 이루어지지 않은 분말은 이송 유닛에 의해 분말 회수부로 회수되도록 함으로써, 분말이 낭비되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 분말 회수부의 내부 형상을 상부에서 중간부분으로 갈수록 폭이 좁아지다가 중간부분에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지는 형태로 형성하고, 상기 중간부분에는 사용가능한 분말을 분리할 수 있도록 필터를 마련함으로써, 분말 회수의 효율성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
게다가, 본 발명은 제품 조형부의 출력물 베드에 분말을 공급하는 경우 예열을 하고 제품 조형부의 출력물 베드 위에 적층된 분말에 후열을 하기 위해 열을 발생시키는 제1가열장치를 분말 공급부에 설치함으로써, 분말이 습기 등으로 응집되지 않고 원활하게 공급되어 출력물 베드 위에 균일하게 적층될 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 제품 조형부의 출력물 베드에 열을 발생시키는 제2가열장치를 내설함으로써, 적층된 분말의 보온 및 항습, 출력물 베드의 표면 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에 열을 발생시키는 제3가열장치를 설치함으로써, 제품을 조형하는 제품 조형 챔버를 포함하는 케이스 내부에 온도 편차가 발생하지 않도록 하여 출력된 성형물의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
게다가, 본 발명은 제3가열장치를 열을 발생시키는 램프와, 램프의 일측에 위치하여 램프로부터 발생되는 열을 필요한 부분으로 반사시킬수 있도록 회동가능하게 설치되는 반사경을 포함하여 구성하고, 케이스의 내부에는 복수의 온도센서를 영역별로 각각 설치하고, 복수의 온도센서는 케이스의 내부 각 영역별 온도를 감지한 다음 반사경으로 신호를 전달하도록 하여 반사경이 케이스의 내부에서 온도가 낮은 영역을 향하여 열을 반사시키도록 이루어진다. 이에 따라, 케이스 내부의 온도를 일정하게 유지하여 최종 성형물이 뒤틀리거나 크랙이 발생하는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 제품 조형부의 출력물 베드 일측 상부에는 분말을 공급하기 위한 분말 공급부를 배치하고, 분말 공급부와 대향하는 출력물 베드의 타측 상부에는 레이저를 조사하여 분말을 용융하고자 하는 영역에만 바인더를 토출하기 위한 바인더 제트부를 배치하며, 분말 공급부는 출력물 베드의 일측으로부터 타측으로 이동하면서 출력물 베드에 분말을 공급한 다음 정지하고, 출력물 베드의 타측에 위치한 분말 공급부와 바인더 제트부는 함께 출력물 베드의 타측으로부터 일측으로 이동하되 분말 공급부의 분말 공급은 중단한 상태로 용융하고자 하는 분말 영역에 바인더를 토출한 다음 정지하며, 바인더가 토출된 분말 영역에 레이저를 조사하여 용융 및 소결시키는 상기 과정들을 반복함으로써 최종 성형물을 출력하도록 이루어짐으로써, 출력물 베드에 도포되는 분말과 분말 간의 결속력을 강화하고 분말의 용융을 극대화하여 출력된 성형물의 내구성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 출력물 베드의 타측 근방에 위치한 제품 조형부에는 바인더 제트부를 세척하기 위한 세척 공간을 홈 형태로 형성하고, 최종 성형물이 성형되면 바인더 제트부가 세척 공간에 위치하여 세척되도록 이루어짐으로써, 레진으로 이루어진 바인더가 일정시간 경과후 딱딱하게 굳어 작업이 원활하게 이루어지지 않는 상황을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1관점에 따른 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 레이저 조사장치가 케이스의 내부에서 X축으로 이동하여 레이저를 조사하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 레이저 조사장치에 가변렌즈가 결합되어 레이저의 조사 방향을 변화시키는 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 레이저 조사장치가 Z축 방향(케이스의 내부에서 상하방향)으로 이동하는 경우, 레이저 조사면적이 변하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 레이저 조사장치가 Z축 방향(케이스의 내부에서 상하방향)으로 이동하는 경우, Z축의 높이에 따른 레이저 조사면적을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2관점에 따른 가열장치를 구비한 3D 프린터에서 제1가열장치가 설치된 분말공급부와 제2가열장치가 설치된 출력물 베드를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 분말공급부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7의 출력물 베드에 설치된 제2가열장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2관점에 따른 가열장치를 구비한 3D 프린터에서 제3가열장치가 케이스의 내부에 설치된 상태와, 3D 프린터의 케이스 내부에 복수의 온도센서가 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 7의 출력물 베드에 설치된 제2가열장치의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3관점에 따른 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 출력물 베드 위에 분말 공급부와 바인더 제트부가 배치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12의 평면도이다.
도 14는 도 12의 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터에서 바인더 제트부의 클리닝 공간이 형성된 상태를 나타낸 도면이다.
도 15의 (a)는 도 12의 바인더 제트부를 개략적으로 나타낸 도면이고, (b)는 (a)의 바인더 제트부 저면을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 제1 내지 제3관점에 따른 3D 프린터의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들에 의거하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어와 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석해야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1관점에 따른 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터를 나타낸 도면들이다.
본 발명의 제1관점에 따른 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 분말 공급부(10), 제품 조형부(20) 및 레이저 조사장치(40)를 포함하여 구성된다.
분말 공급부(10)는 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 것으로서, 분말 수용 챔버(11), 공급 플레이트(13) 및 이송 유닛(15)을 포함한다.
분말 수용 챔버(11)는 중공 형태로 이루어져 내부에 분말이 수용되는 것으로서, 제품 조형부(20)와 연결되는 전방의 제1연결부(C1)를 제외하고 양측과 후방은 상방으로 돌출된 격벽을 갖는 형태로 이루어질 수 있다.
이러한 격벽을 통해 분말 수용 챔버(11)의 상단으로 노출된 분말이 분말 수용 챔버(11)의 외부로 낙하하는 것을 방지할 수 있게 된다.
공급 플레이트(13)는 분말 수용 챔버(11) 내에서 기설정된 프로그램에 따라 상하 이동하는 과정을 통해 수용된 분말 중 일부분을 분말 수용 챔버(11)의 상단으로 노출되게 하는 것으로서, 그 하부에 결합된 제1구동부(14)를 통해 상하 이동하게 된다.
제1구동부(14)는 공급 플레이트(13)의 하부에 일단이 고정되고 타단은 분말 수용 챔버(11)의 내부에서 하방으로 연장된 제1승강로드(미도시)와, 제1승강로드를 상하로 이동시키기 위한 제1구동모터(미도시)를 포함하며, 제1승강로드 주위에 하나 이상의 제1가이드(미도시)가 배치된 상태에서 제1승강로드와 함께 상하로 승강하면서 공급 플레이트(13)의 이동을 안내하게 된다.
이송 유닛(15)은 공급 플레이트(13)에 의해 분말 수용 챔버(11)의 상단으로 노출된 분말을 제품 조형부(20) 쪽으로 이송시키는 것으로서, 분말 수용 챔버(11)의 상단에 배치된 상태에서 분말 수용 챔버(11)와 제품 조형 챔버(21)를 연결하는 방향을 따라 전후방으로 반복적으로 이송 운동을 한다.
이러한 이송 유닛(15)은 공급 플레이트(13)의 상승 중에는 분말 수용 챔버(11)의 후단에 위치하고, 공급 플레이트(13)의 상승이 완료되어 소정량의 분말이 분말 수용 챔버(11)의 상단에 노출된 상태에서는 분말 수용 챔버(11)의 후방에서 전방으로 이송을 개시한다.
이와 같이, 이송 유닛(15)의 운동은 분말 수용 챔버(11)의 상단에 노출된 분말을 제품 조형 챔버(21) 측으로 밀어내는 기능을 한다.
이를 통해 제품 조형부(20) 상에서 레이저 노출을 통해 소결 과정이 진행될 수 있는 일정량의 분말을 주기적으로 공급 가능한 상태가 된다.
이와 같은 이송 유닛(15)은, 분말 수용 챔버(11) 상단 및 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23) 상면으로부터 상방으로 이격되어 분말 수용 챔버(11)로부터 제품 조형 챔버(21) 방향으로 이동하도록 마련되는 이동부재(15a)와, 이동부재(15a)의 하단으로부터 하방으로 연장되어 분말 수용 챔버(11)의 상단으로 노출된 분말을 제품 조형 챔버(21) 쪽으로 밀어내어 출력물 베드(23) 상의 분말을 평탄화하도록 마련되는 다짐부재(15b)를 포함하여 이루어진다.
제품 조형부(20)는 분말 공급부(10)의 일측에 위치하여 분말 공급부(10)로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 것으로서, 제품 조형 챔버(21)와, 출력물 베드(23)를 포함한다.
제품 조형 챔버(21)는 중공 형태로 이루어져 분말 수용 챔버(11)의 일측에 위치하는 것으로서, 분말 공급부(10)에서 공급된 분말이 레이저에 의해 소결된 상태 하에서 원하는 형상의 제품으로 조형되어지는 공간을 의미한다.
이러한 제품 조형 챔버(21)는 분말 공급이 원활하도록 분말 수용 챔버(11)의 상단과는 제1연결부(C1)를 통해 연결되는 구조일 수 있고, 제1연결부(C1)는 일예로서 분말 수용 챔버(11)에서 제품 조형 챔버(21) 측으로 갈수록 하방으로 기울어지는 형태일 수 있다.
출력물 베드(23)는 제품 조형 챔버(21) 내에서 기설정된 프로그램에 따라 상하로 이동하도록 이루어지며, 이송 유닛(15)에 의해 이송된 분말이 펼쳐지는 것으로서, 그 하부에 결합된 제2구동부(24)를 통해 상하 이동 가능하게 된다.
이러한 제2구동부(24)는 출력물 베드(23)의 하부에 일단이 고정되고 타단은 제품 조형 챔버(21)의 내부에서 하방으로 연장된 제2승강로드(미도시)와, 제2승강로드를 상하로 이동시키기 위한 제2구동모터(미도시)를 포함하며, 제2승강로드 주위에 하나 이상의 제2가이드(미도시)가 배치된 상태에서 제2승강로드와 함께 상하로 승강하면서 출력물 베드(23)의 이동을 안내하게 된다.
분말에 레이저를 조사하는 레이저 조사장치(40)는, 분말 공급부(10)와 제품 조형부(20)를 수용하는 케이스(50)의 내측 상단에 설치되는데, 이러한 레이저 조사장치(40)는 분말 공급부(10)로부터 공급받은 분말이 펼쳐지는 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23) 상면을 기준으로 전후좌우 방향 및 출력물 베드(23) 상면의 상부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 이루어진다.
즉, 분말 공급부(10)로부터 제품 조형부(20)로 분말이 공급되는 방향의 축을 X축이라 하고, X축과 직교하는 축을 Y축이라 하며, 케이스(50)의 상하 높이 방향의 축을 Z축이라고 가정하면, 케이스(50)의 내부 상단에는 X축 프레임(51), Y축 프레임(52) 및 Z축 프레임(53)이 각각 설치된다.
이러한 X축 프레임(51), Y축 프레임(52) 및 Z축 프레임(53)은 LM(리니어 모션) 가이드 형태로 구현될 수 있는데, 레이저 조사장치(40)를 X축 프레임(51), Y축 프레임(52) 및 Z축 프레임(53) 중 어느 하나의 프레임에 결합시켜서 출력물 베드(23) 상면을 기준으로 전후좌우 방향 및 출력물 베드(23) 상면의 상부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 할 수 있고, 예를 들면, 갈바노 미러 시스템 (Galvano Mirror System) 형태로 구현할 수 있을 것이다.
아울러, 레이저 조사장치(40)는, 도 3에 도시된 바와 같이 조사되는 레이저의 초점거리를 가변시킬 수 있도록 가변렌즈(42)를 포함할 수 있는데, 이와 같은 가변렌즈(42)는 레이저 조사장치(40)로부터 조사되는 레이저의 조사 각도를 조절할 수 있도록 레이저 조사장치(40)에 회동 가능하게 결합된다.
이처럼 분말 공급부(10)와 제품 조형부(20)를 수용하는 케이스(50)의 내측 상단에 레이저 조사장치(40)를 설치하되, 레이저 조사장치(40)를 분말 공급부(10)로부터 공급받은 분말이 펼쳐지는 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23) 상면을 기준으로 전후좌우 방향 및 출력물 베드(23) 상면의 상부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 마련하고, 레이저 조사장치(40)로부터 조사되는 레이저의 조사 각도를 조절할 수 있도록 레이저 조사장치(40)에 가변렌즈(42)를 회동 가능하게 결합함으로써, 레이저가 조사되어야할 포인트에 정확히 조사되도록 하여 정교한 입체적 성형물을 출력해 낼 수 있게 된다.(도 3 내지 도 6 참고)
한편, 제품 조형부(20)를 기준으로 분말 공급부(10)와 반대쪽에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 중공 형태의 분말 회수부(30)를 배치할 수 있는데, 이송 유닛(15)에 의해 분말 수용 챔버(11)로부터 제품 조형 챔버(21)로 공급된 분말 중 소결이 이루어지지 않은 분말은 이송 유닛(15)에 의해 제2연결부(C2)를 통해 분말 회수부(30)로 회수되게 된다.
이와 같은 분말 회수부(30)의 내부 형상은, 상부에서 중간부분으로 갈수록 폭이 좁아지다가 중간부분에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지는 모래시계 형태로 형성되고, 중간부분에는 사용가능한 분말을 분리할 수 있도록 필터(32)가 마련된다.
이와 같이 제품 조형부(20)를 기준으로 분말 공급부(10)와 반대쪽에 중공 형태의 분말 회수부(30)를 배치하고, 이송 유닛(15)에 의해 분말 수용 챔버(11)로부터 제품 조형 챔버(21)로 공급된 분말 중 소결이 이루어지지 않은 분말은 이송 유닛(15)에 의해 분말 회수부(30)로 회수되도록 함으로써, 분말이 낭비되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 제2관점에 따른 가열장치를 구비한 3D 프린터를 나타낸 도면들이다.
본 발명의 제2관점에 따른 가열장치를 구비한 3D 프린터는, 분말 공급부(100)와 제품 조형부(20)를 포함하여 구성된다.
분말 공급부(100)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 것으로서, 호퍼 형태로 이루어져 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23) 상에서 직선운동하면서 분말을 배출 공급하도록 이루어진다.
이러한 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23)에 분말을 공급하는 경우 예열을 하고 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23) 위에 적층된 분말에 후열을 하기 위해 열을 발생시키는 제1가열장치(110)가 설치된다.
제1가열장치(110)는 UV(자외선) 레이저로 이루어지고, 분말이 배출되는 호퍼 형태의 분말 공급부(100)의 배출구에 마련된다.
또한, 분말 공급부(100)의 내부에는 분말이 응집되는 것을 방지하기 위한 스크류(130)가 설치될 수 있다.
이처럼 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23)에 분말을 공급하는 경우 예열을 하고 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23) 위에 적층된 분말에 후열을 하기 위해 열을 발생시키는 제1가열장치(110)를 분말 공급부(100)에 설치함으로써, 분말이 습기 등으로 응집되지 않고 원활하게 공급되어 출력물 베드(23) 위에 균일하게 적층될 수 있도록 할 수 있다.
이와 같이 분말 공급부(100)로부터 출력물 베드(23)에 분말을 공급하는 경우 공급되는 분말이 출력물 베드(23) 위에 편평하게 펴질 수 있도록 호퍼 형태의 분말 공급부(100)의 후방(분말이 공급되는 방향과 반대 방향)에는 회전롤러(150)가 설치되는데, 이러한 회전롤러(150)는 분말 공급부(100)와 일체로 출력물 베드(23) 상에서 직선 이동하게 된다.
제품 조형부(20)는 분말 공급부(100)로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 것으로서, 제품 조형 챔버(21)와 출력물 베드(23)를 포함하여 이루어진다.
제품 조형 챔버(21)는 전술한 제1관점에서와 동일한 구성으로 이루어지므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
제품 조형부(20)의 출력물 베드(23)에는 적층된 분말의 보온 및 항습, 출력물 베드(23)의 표면 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 제2가열장치(26)가 설치된다.
이러한 제2가열장치(26)는 적외선 램프(26a)(도 9 참고) 또는 히팅 코일(26b)(도 11 참고) 형태로 이루어져 출력물 베드(23)에 내설될 수 있다.
한편, 분말 공급부(10)는 다른 실시예로서, 전술한 제1관점에서와 마찬가지로 분말 수용 챔버(11), 공급 플레이트(13) 및 이송유닛(15)을 포함하여 구성될 수도 있다.
이때, 분말 공급부(10)에는 제품 조형부(20)의 출력물 베드(23)에 분말을 공급하는 경우 예열을 하기 위해 열을 발생시키는 제1가열장치가 설치되는데, 제1가열장치는 적외선 램프 또는 히팅 코일 형태로 이루어져 공급 플레이트(13)에 내설될 수 있다.
분말 공급부(10)와 제품 조형부(20)를 수용하는 케이스(50)의 내측 상단에 설치되어 케이스(50)의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위해 도 10에 도시된 바와 같이, 열을 발생시키는 제3가열장치(51)를 더 포함할 수 있다.
이러한 제3가열장치(51)는 열을 발생시키는 램프(51a)와, 램프(51a)의 일측에 위치하여 램프(51a)로부터 발생되는 열을 필요한 부분으로 반사시킬수 있도록 회동가능하게 설치되는 반사경(51b)을 포함하여 이루어진다.
이처럼 분말 공급부(10)와 제품 조형부(20)를 수용하는 케이스(50)의 내측 상단에 열을 발생시키는 제3가열장치(51)를 설치함으로써, 제품을 조형하는 제품 조형 챔버(21)를 포함하는 케이스(50) 내부에 온도 편차가 발생하지 않도록 하여 출력된 성형물의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 케이스(50)의 내부에는 복수의 온도센서(53)가 영역별로 각각 설치되는데, 복수의 온도센서(53)는 케이스(50)의 내부 각 영역별 온도를 감지한 다음 반사경(51b)으로 신호를 전달함으로써, 반사경(51b)이 케이스(50)의 내부에서 온도가 낮은 영역을 향하도록 하여 열을 반사시키도록 한다.
이와 같은 반사경(51b)에는 구동모터(미도시)가 결합되고, 구동모터는 복수의 온도센서(53)로부터 전기적인 신호를 받을 수 있도록 연결되어 반사경(51b)의 회동 각도를 조절하게 된다. 이때, 구동모터는 스텝모터인 것이 바람직하다.
이에 따라, 케이스(50) 내부의 온도를 일정하게 유지하여 최종 성형물이 뒤틀리거나 크랙이 발생하는 것을 최소화할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 제2관점에 따른 가열장치를 구비한 3D 프린터는, 전술한 제1관점에서와 마찬가지로 분말회수부(30)를 포함할 수 있다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 제3관점에 따른 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터를 나타낸 도면들이다.
본 발명의 제3관점에 따른 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터는, 분말 공급부(100), 제품 조형부(200) 및 바인더 제트부(300)를 포함하여 구성된다.
분말 공급부(100)는 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 것으로서, 호퍼 형태로 이루어져 제품 조형부(200)의 출력물 베드(230) 상에서 직선운동하면서 분말을 배출 공급하도록 이루어진다.
이러한 제품 조형부(200)의 출력물 베드(230)에 분말을 공급하는 경우 예열을 하고 제품 조형부(200)의 출력물 베드(230) 위에 적층된 분말에 후열을 하기 위해 열을 발생시키는 제1가열장치(미도시)가 설치된다.
이러한 제1가열장치는 UV(자외선) 레이저로 이루어지고, 분말이 배출되는 호퍼 형태의 분말 공급부(100)의 배출구에 마련된다.
또한, 분말 공급부(100)의 내부에는 분말이 응집되는 것을 방지하기 위한 스크류가 설치될 수 있다.
제품 조형부(200)는 분말 공급부(100)의 일측에 위치하여 분말 공급부(100)로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 것으로서, 제품 조형 챔버(210)와, 출력물 베드(230)를 포함한다.
제품 조형 챔버(210)는 중공 형태로 이루어져 분말 수용 챔버의 일측에 위치하는 것으로서, 분말 공급부(100)에서 공급된 분말이 레이저에 의해 소결된 상태 하에서 원하는 형상의 제품으로 조형되어지는 공간을 의미한다.
이러한 제품 조형 챔버(210)는 전술한 제1관점에서와 같이 분말 공급이 원활하도록 분말 수용 챔버의 상단과는 제1연결부(C1)를 통해 연결되는 구조일 수 있고, 제1연결부(C1)는 일예로서 분말 수용 챔버에서 제품 조형 챔버(210) 측으로 갈수록 하방으로 기울어지는 형태일 수 있다.
출력물 베드(230)는 제품 조형 챔버(210) 내에서 기설정된 프로그램에 따라 상하로 이동하도록 이루어지며, 이송 유닛에 의해 이송된 분말이 펼쳐지는 것으로서, 그 하부에 결합된 제2구동부(240)를 통해 상하 이동 가능하게 된다.
이러한 제2구동부(240)는 출력물 베드(230)의 하부에 일단이 고정되고 타단은 제품 조형 챔버(210)의 내부에서 하방으로 연장된 제2승강로드(미도시)와, 제2승강로드를 상하로 이동시키기 위한 제2구동모터(미도시)를 포함하며, 제2승강로드 주위에 하나 이상의 제2가이드(미도시)가 배치된 상태에서 제2승강로드와 함께 상하로 승강하면서 출력물 베드(230)의 이동을 안내하게 된다.
이때, 제품 조형부(200)의 출력물 베드(230)에는 전술한 제2관점에서와 같이, 적층된 분말의 보온 및 항습, 출력물 베드(230)의 표면 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 적외선 램프 또는 히팅 코일 형태로 이루어진 제2가열장치가 내설될 수 있다.
한편, 도 12에 도시된 바와 같이 제품 조형부(200)의 출력물 베드(230) 일측 상부에는 분말을 공급하기 위한 분말 공급부(100)가 배치되고, 분말 공급부(100)와 대향하는 출력물 베드(230)의 타측 상부에는 레이저를 조사하여 분말을 용융하고자 하는 영역에만 바인더(B)를 토출하기 위한 바인더 제트부(300)가 배치된다.
이에 따라, 분말 공급부(100)는 출력물 베드(230)의 일측으로부터 타측으로 이동하면서 출력물 베드(230)에 분말을 공급한 다음 정지하고, 출력물 베드(230)의 타측에 위치한 분말 공급부(100)와 바인더 제트부(300)는 함께 출력물 베드(230)의 타측으로부터 일측으로 이동하되 분말 공급부(100)의 분말 공급은 중단한 상태로 용융하고자 하는 분말 영역에 바인더(B)를 토출한 다음 정지하며, 도 13에 도시된 바와 같이 바인더(B)가 토출된 분말 영역(S)에 레이저를 조사하여 용융 및 소결시키는 상기 과정들을 반복함으로써 최종 성형물을 출력하도록 이루어진다.
이러한 바인더 제트부(300)는 도 15에 도시된 바와 같이, 저면(310)에 복수의 미세공(312)이 관통 형성된 용기 형태로 이루어지고, 복수의 미세공(312)을 통해 레진으로 이루어진 바인더(B)가 액상 토출 방식으로 분사되도록 형성된다.
이와 같이 분말에 바인더(B)를 토출함으로써 출력물 베드(230)에 도포되는 분말과 분말 간의 결속력을 강화하고 분말의 용융을 극대화하여 출력된 성형물의 내구성을 증대시킬 수 있게 된다.
한편, 출력물 베드(230)의 타측 근방에 위치한 제품 조형부(200)에는 바인더 제트부(300)를 세척하기 위한 세척 공간(250)이 도 14에 도시된 바와 같이 홈 형태로 형성되는데, 최종 성형물이 성형되면 바인더 제트부(300)는 세척 공간(250)에 위치하여 세척되도록 이루어진다.
이와 같은 세척 공간(250)에는 소정의 세척액이 수용되고, 바인더 제트부(300)가 세척 공간(250) 내로 투입되면 세척액에 의해 세척되도록 할 수 있다.
다른 방법으로, 세척 공간(250) 내에 브러쉬 등을 설치하여 바인더 제트부(300)를 세척할 수도 있고, 기타 다양한 구성으로 이를 구현할 수 있다.
이처럼 바인더 제트부(300)를 세척함으로써, 레진으로 이루어진 바인더(B)가 일정시간 경과후 딱딱하게 굳어 작업이 원활하게 이루어지지 않는 상황을 미연에 방지할 수 있게 된다.
이때, 분말 공급부(100)에 수용되어 사용되는 분말은 탄소, 세라믹, 폴리머, 금속 중 어느 하나의 분말인 것이 바람직하다.
아울러, 분말 공급부(100)와 제품 조형부(200)를 수용하는 케이스의 내측 상단에는, 전술한 제2관점에서와 같이 제3가열장치를 배치할 수도 있는데, 제3가열장치는 케이스의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 램프와, 램프의 일측에 위치하여 램프로부터 발생되는 열을 필요한 부분으로 반사시킬수 있도록 회동가능하게 설치되는 반사경을 포함하여 이루어진다.
또한, 케이스의 내부에는 복수의 온도센서가 영역별로 각각 설치되고, 복수의 온도센서는 케이스의 내부 각 영역별 온도를 감지한 다음 반사경으로 신호를 전달함으로써, 반사경이 케이스의 내부에서 온도가 낮은 영역을 향하도록 하여 열을 반사시키도록 한다.
이와 같은 반사경에는 구동모터가 결합되고, 구동모터는 복수의 온도센서로부터 전기적인 신호를 받을 수 있도록 연결되어 반사경의 회동 각도를 조절하게 된다. 이때, 구동모터는 스텝모터인 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (22)

  1. 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 분말 공급부와, 상기 분말 공급부의 일측에 위치하여 상기 분말 공급부로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 제품 조형부를 포함하고,
    상기 분말에 레이저를 조사하는 레이저 조사장치는, 상기 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에 설치되되, 상기 분말 공급부로부터 공급받은 분말이 펼쳐지는 상기 제품 조형부의 출력물 베드 상면을 기준으로 전후좌우 방향 및 상기 출력물 베드 상면의 상부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 조사장치는,
    조사되는 레이저의 초점거리를 가변시킬 수 있도록 가변렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가변렌즈는 상기 레이저 조사장치로부터 조사되는 레이저의 조사 각도를 조절할 수 있도록 상기 레이저 조사장치에 회동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 분말 공급부는, 중공 형태로 이루어져 내부에 분말이 수용되는 분말 수용 챔버; 상기 분말 수용 챔버 내에서 기설정된 프로그램에 따라 상하 이동하는 과정을 통해 수용된 분말 중 일부분을 상기 분말 수용 챔버의 상단으로 노출되게 하는 공급 플레이트; 및 상기 공급 플레이트에 의해 상기 분말 수용 챔버의 상단으로 노출된 분말을 제품 조형부 쪽으로 이송시키는 이송 유닛;을 포함하고,
    상기 제품 조형부는, 중공 형태로 이루어져 상기 분말 수용 챔버의 일측에 위치하는 제품 조형 챔버; 및 상기 제품 조형 챔버 내에서 기설정된 프로그램에 따라 상하로 이동하도록 이루어지며, 상기 이송 유닛에 의해 이송된 분말이 펼쳐지는 출력물 베드;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 이송 유닛은,
    상기 분말 수용 챔버 상단 및 제품 조형부의 출력물 베드 상면으로부터 상방으로 이격되어 상기 분말 수용 챔버로부터 제품 조형 챔버 방향으로 이동하도록 마련되는 이동부재와, 상기 이동부재의 하단으로부터 하방으로 연장되어 상기 분말 수용 챔버의 상단으로 노출된 분말을 제품 조형 챔버 쪽으로 밀어내어 출력물 베드 상의 분말을 평탄화하도록 마련되는 다짐부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제품 조형부를 기준으로 상기 분말 공급부와 반대쪽에는 중공 형태의 분말 회수부가 배치되고,
    상기 이송 유닛에 의해 분말 수용 챔버로부터 제품 조형 챔버로 공급된 분말 중 소결이 이루어지지 않은 분말은 상기 이송 유닛에 의해 상기 분말 회수부로 회수되는 것을 특징으로 하는 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 분말 회수부의 내부 형상은, 상부에서 중간부분으로 갈수록 폭이 좁아지다가 중간부분에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지는 형태로 형성되고,
    상기 중간부분에는 사용가능한 분말을 분리할 수 있도록 필터가 마련되는 것을 특징으로 하는 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3D 프린터.
  8. 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 분말 공급부와, 상기 분말 공급부로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 제품 조형부를 포함하고,
    상기 분말 공급부는 호퍼 형태로 이루어지며,
    상기 분말 공급부에는 상기 제품 조형부의 출력물 베드에 분말을 공급하는 경우 예열을 하고 상기 제품 조형부의 출력물 베드 위에 적층된 분말에 후열을 하기 위해 열을 발생시키는 제1가열장치가 설치되며,
    상기 제품 조형부의 출력물 베드에는 적층된 분말의 보온 및 항습, 출력물 베드의 표면 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 제2가열장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 가열장치를 구비한 3D 프린터.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 분말 공급부의 내부에는 분말이 응집되는 것을 방지하기 위한 스크류가 설치되는 것을 특징으로 하는 가열장치를 구비한 3D 프린터.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1가열장치는 UV 레이저로 이루어지고, 상기 UV 레이저는 분말이 배출되는 상기 분말 공급부의 배출구에 마련되는 것을 특징으로 하는 가열장치를 구비한 3D 프린터.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2가열장치는 적외선 램프 또는 히팅 코일 형태로 이루어져 상기 출력물 베드에 내설되는 것을 특징으로 하는 가열장치를 구비한 3D 프린터.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에 설치되어 상기 케이스의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 제3가열장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치를 구비한 3D 프린터.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제3가열장치는 열을 발생시키는 램프와, 상기 램프의 일측에 위치하여 상기 램프로부터 발생되는 열을 필요한 부분으로 반사시킬수 있도록 회동가능하게 설치되는 반사경을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치를 구비한 3D 프린터.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 케이스의 내부에는 복수의 온도센서가 영역별로 각각 설치되고, 상기 복수의 온도센서는 상기 케이스의 내부 각 영역별 온도를 감지한 다음 상기 반사경으로 신호를 전달함으로써, 상기 반사경이 상기 케이스의 내부에서 온도가 낮은 영역을 향하도록 하여 열을 반사시키는 것을 특징으로 하는 가열장치를 구비한 3D 프린터.
  15. 내부에 분말을 수용한 상태에서 제품 성형을 위하여 분말을 공급하는 분말 공급부와, 상기 분말 공급부의 일측에 위치하여 상기 분말 공급부로부터 공급받은 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 3D 제품 성형을 하는 제품 조형부를 포함하는 3D 프린터로서,
    상기 제품 조형부의 출력물 베드 일측 상부에는 분말을 공급하기 위한 분말 공급부가 배치되고, 상기 분말 공급부와 대향하는 상기 출력물 베드의 타측 상부에는 레이저를 조사하여 분말을 용융하고자 하는 영역에만 바인더를 토출하기 위한 바인더 제트부가 배치되며,
    상기 분말 공급부는 상기 출력물 베드의 일측으로부터 타측으로 이동하면서 출력물 베드에 분말을 공급한 다음 정지하고, 상기 출력물 베드의 타측에 위치한 상기 분말 공급부와 바인더 제트부는 함께 상기 출력물 베드의 타측으로부터 일측으로 이동하되 분말 공급부의 분말 공급은 중단한 상태로 용융하고자 하는 분말 영역에 바인더를 토출한 다음 정지하며, 상기 바인더가 토출된 분말 영역에 레이저를 조사하여 용융 및 소결시키는 상기 과정들을 반복함으로써 최종 성형물을 출력하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 바인더 제트부는 저면에 복수의 미세공이 관통 형성된 용기 형태로 이루어지고,
    상기 복수의 미세공을 통해 레진으로 이루어진 바인더가 액상 토출 방식으로 분사되는 것을 특징으로 하는 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 출력물 베드의 타측 근방에 위치한 제품 조형부에는 상기 바인더 제트부를 세척하기 위한 세척 공간이 홈 형태로 형성되고,
    최종 성형물이 성형되면 상기 바인더 제트부는 상기 세척 공간에 위치하여 세척되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터.
  18. 청구항 15 내지 청구항 17 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 분말은 탄소, 세라믹, 폴리머, 금속 중 어느 하나의 분말인 것을 특징으로 하는 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터.
  19. 청구항 15 내지 청구항 17 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 분말 공급부에는 상기 제품 조형부의 출력물 베드에 분말을 공급하는 경우 예열을 하고 상기 제품 조형부의 출력물 베드 위에 적층된 분말에 후열을 하기 위해 열을 발생시키는 UV 레이저로된 제1가열장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터.
  20. 청구항 15 내지 청구항 17 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 제품 조형부의 출력물 베드에는 적층된 분말의 보온 및 항습, 출력물 베드의 표면 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 적외선 램프 또는 히팅 코일 형태로 이루어진 제2가열장치가 내설되는 것을 특징으로 하는 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터.
  21. 청구항 15 내지 청구항 17 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 분말 공급부와 제품 조형부를 수용하는 케이스의 내측 상단에는, 상기 케이스의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위해 열을 발생시키는 램프와, 상기 램프의 일측에 위치하여 상기 램프로부터 발생되는 열을 필요한 부분으로 반사시킬수 있도록 회동가능하게 설치되는 반사경을 포함하여 이루어진 제3가열장치가 배치되는 것을 특징으로 하는 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 케이스의 내부에는 복수의 온도센서가 영역별로 각각 설치되고, 상기 복수의 온도센서는 상기 케이스의 내부 각 영역별 온도를 감지한 다음 상기 반사경으로 신호를 전달함으로써, 상기 반사경이 상기 케이스의 내부에서 온도가 낮은 영역을 향하도록 하여 열을 반사시키는 것을 특징으로 하는 바인더 제트부를 구비한 3D 프린터.
PCT/KR2017/013768 2017-11-24 2017-11-29 3d 프린터 WO2019103218A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/307,987 US20210221060A1 (en) 2017-11-24 2017-11-29 3d printer
US17/496,319 US20220048252A1 (en) 2017-11-24 2021-10-07 3d printer
US17/496,114 US20220048251A1 (en) 2017-11-24 2021-10-07 3d printer

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170158177A KR101855184B1 (ko) 2017-11-24 2017-11-24 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3d 프린터
KR10-2017-0158178 2017-11-24
KR10-2017-0158179 2017-11-24
KR1020170158178A KR101855185B1 (ko) 2017-11-24 2017-11-24 가열장치를 구비한 3d 프린터
KR10-2017-0158177 2017-11-24
KR1020170158179A KR101855186B1 (ko) 2017-11-24 2017-11-24 바인더 제트부를 구비한 3d 프린터

Related Child Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/307,987 A-371-Of-International US20210221060A1 (en) 2017-11-24 2017-11-29 3d printer
US17/496,114 Division US20220048251A1 (en) 2017-11-24 2021-10-07 3d printer
US17/496,319 Division US20220048252A1 (en) 2017-11-24 2021-10-07 3d printer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019103218A1 true WO2019103218A1 (ko) 2019-05-31

Family

ID=66630683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/013768 WO2019103218A1 (ko) 2017-11-24 2017-11-29 3d 프린터

Country Status (2)

Country Link
US (3) US20210221060A1 (ko)
WO (1) WO2019103218A1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110029343A (zh) * 2019-03-28 2019-07-19 江苏大学 一种用于激光熔覆兼顾粉末二次利用的装置
CN110605850A (zh) * 2019-09-27 2019-12-24 中国航空制造技术研究院 一种密闭状态下控制热传导变形的组合结构
CN114603162A (zh) * 2022-03-15 2022-06-10 浙江机电职业技术学院 一种应用于3d双激光金属打印机的金属粉摊铺系统
EP4109394A3 (en) * 2021-06-01 2023-03-15 Stratasys Powder Production Ltd Method, controller and apparatus for correcting thermal images

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021212110A1 (en) * 2020-04-17 2021-10-21 Eagle Engineered Solutions, Inc. Powder spreading apparatus and system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001334582A (ja) * 2000-05-24 2001-12-04 Minolta Co Ltd 三次元造形装置および三次元造形方法
JP2007270227A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光造形物の製造方法
JP2011140222A (ja) * 2010-01-05 2011-07-21 Eos Gmbh Electro Optical Systems 継続的な熱供給を伴う三次元物体の生成的な製造装置
KR20160141144A (ko) * 2015-05-28 2016-12-08 한국광기술원 3차원 레이저 소결 프린터 장치
KR20160144837A (ko) * 2015-06-09 2016-12-19 오스템임플란트 주식회사 3차원 프린터 및 그의 작동방법
KR20170089625A (ko) * 2016-01-27 2017-08-04 이철수 Ｓｌｓ 3ｄ 프린터용 분말층 형성 장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015006533A1 (de) * 2014-12-22 2016-06-23 Voxeljet Ag Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von 3D-Formteilen mit Schichtaufbautechnik
US20170021566A1 (en) * 2015-07-23 2017-01-26 John F. Lund Systems and methods for producing three-dimensional objects
US11135773B2 (en) * 2017-06-23 2021-10-05 Applied Materials, Inc. Additive manufacturing with multiple mirror scanners

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001334582A (ja) * 2000-05-24 2001-12-04 Minolta Co Ltd 三次元造形装置および三次元造形方法
JP2007270227A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光造形物の製造方法
JP2011140222A (ja) * 2010-01-05 2011-07-21 Eos Gmbh Electro Optical Systems 継続的な熱供給を伴う三次元物体の生成的な製造装置
KR20160141144A (ko) * 2015-05-28 2016-12-08 한국광기술원 3차원 레이저 소결 프린터 장치
KR20160144837A (ko) * 2015-06-09 2016-12-19 오스템임플란트 주식회사 3차원 프린터 및 그의 작동방법
KR20170089625A (ko) * 2016-01-27 2017-08-04 이철수 Ｓｌｓ 3ｄ 프린터용 분말층 형성 장치

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110029343A (zh) * 2019-03-28 2019-07-19 江苏大学 一种用于激光熔覆兼顾粉末二次利用的装置
CN110605850A (zh) * 2019-09-27 2019-12-24 中国航空制造技术研究院 一种密闭状态下控制热传导变形的组合结构
CN110605850B (zh) * 2019-09-27 2021-07-27 中国航空制造技术研究院 一种密闭状态下控制热传导变形的组合结构
EP4109394A3 (en) * 2021-06-01 2023-03-15 Stratasys Powder Production Ltd Method, controller and apparatus for correcting thermal images
US12086966B2 (en) 2021-06-01 2024-09-10 Stratasys Powder Production Ltd. Method, controller and apparatus for correcting thermal images
CN114603162A (zh) * 2022-03-15 2022-06-10 浙江机电职业技术学院 一种应用于3d双激光金属打印机的金属粉摊铺系统
CN114603162B (zh) * 2022-03-15 2023-10-13 浙江机电职业技术学院 一种应用于3d双激光金属打印机的金属粉摊铺系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20220048251A1 (en) 2022-02-17
US20210221060A1 (en) 2021-07-22
US20220048252A1 (en) 2022-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019103218A1 (ko) 3d 프린터
KR101855184B1 (ko) 가변형 레이저 조사장치를 구비한 3d 프린터
US11801633B2 (en) Apparatuses for continuously refreshing a recoater blade for additive manufacturing including a blade feed unit and arm portion
US11370031B2 (en) Large scale additive machine
US10799953B2 (en) Additive manufacturing using a mobile scan area
US10022794B1 (en) Additive manufacturing using a mobile build volume
US12076789B2 (en) Additive manufacturing using a dynamically grown build envelope
CN105939835B (zh) 增材制造装置和用于运行增材制造装置的方法
US10723071B2 (en) Device and method for generatively producing a three-dimensional object
US10981232B2 (en) Additive manufacturing using a selective recoater
KR101855185B1 (ko) 가열장치를 구비한 3d 프린터
KR101820920B1 (ko) 3차원 프린터
JPH08294742A (ja) パートおよびサポートを含むプロトタイプの製作装置および方法
WO2017142284A1 (ko) 기계가공을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치
WO2020071731A1 (ko) 성형 장치 및 성형체의 제조 방법
KR101855186B1 (ko) 바인더 제트부를 구비한 3d 프린터
WO2017131275A1 (ko) 온더플라이 기술을 적용한 대면적용 레이저 스캐너 기반 3차원 프린팅 장치
KR20210073586A (ko) 성형 장치 및 성형체의 제조 방법
CN114126787A (zh) 用于生产多材料工件的方法和装置
US20220016708A1 (en) Large area recoating for additive manufacturing
KR20180003336A (ko) 3차원 프린터
TWI606917B (zh) 三維全彩複合列印裝置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17932982

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17932982

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1