WO2021015542A1 - 잔여분말제거장치를 구비한 3d프린터 - Google Patents

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WO2021015542A1
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chamber
residual powder
residual
removal device
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강성민
이수봉
신기수
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주식회사 대건테크
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Definitions

  • the present invention is provided with a residual powder removal device to improve the convenience of use by providing a residual powder removal device for removing residual powder in a 3D printer that continuously supplies metal powder having an explosion risk and molds a 3D molded product. It is about a 3D printer.
  • the present invention relates to a 3D printer having a residual powder removal device having a vibration generating unit on one side of the residual powder removal device to reduce the cohesive force of the residual powder so that powder removal can be quickly performed.
  • the present invention relates to a 3D printer provided with a filter on one side of the residual powder removing device, and having a residual powder removing device capable of improving the powder recovery rate by separating and collecting the filtered residual powder from the filter.
  • the present invention relates to a 3D printer with a residual powder removing device having a scattering unit and scattering the residual powder attached to the inner wall of the chamber so that the residual powder can be removed more quickly.
  • the present invention relates to a 3D printer having a residual powder removal device capable of preventing an explosion hazard in advance by allowing an inert gas to be injected by a scattering unit.
  • 3D printers are equipment that produce real three-dimensional shapes as they are based on input two-dimensional drawings as if printing letters or pictures, and 3D printing technology is expanding to the fields of automobiles, medical care, arts, and education. It is widely used for making.
  • 3D printer can be divided into cutting type and stacking type, and most of 3D printers that are actually applied are stacked type without material loss.
  • the laminated 3D printer is a method of projecting and curing a laser so that prints are completed in a way that is laminated, and in Korean Patent No. 10-1715124, it is used for a 3D printer that uses metal powder as a molding target as shown in FIG.
  • a powder application device and a three-dimensional printer having the same are disclosed.
  • magnesium is lighter than aluminum and is widely used in aircraft parts, and when it is mixed with other components and alloyed, it has excellent high-temperature heat resistance and is a material used in aircraft engine parts.
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2017-0014618 discloses a collection chamber 10 in which residual powder is deposited under the build chamber 1 in which powder is sintered into a sculpture by a laser, as shown in FIG. 2, and a build chamber 1 ) To move the sintered sculpture and residual powder to the collection chamber 10 together with the platform 5, the collection chamber 30 in which the powder in the collection chamber 10 is transferred and collected, and the collection chamber (10) There is disclosed an apparatus for removing residual powder of a laser sintering type 3D printer comprising a collection blade 40 for transporting the powder in the collection chamber 30 to the collection chamber 30.
  • a laser sintering type 3D printer has disclosed a residual powder removal device comprising a suction device that sucks and collects) so that the residual powder around the sculpture W can be easily and quickly separated and removed.
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2018-0103334 discloses an air compressor 260 that maintains a predetermined air pressure inside the product molding chamber 210 as shown in FIG. 4, and in a state disposed on the other side of the product molding chamber 210.
  • a 3D printer powder recovery device using an air compressor and air pressure is disclosed including a powder inhaling device 270 for recovering unsintered powder particles from the inside of a product molding chamber 210.
  • the above techniques are for removing powder from a sculpture, and there is a problem in that the convenience of use is deteriorated when a sculpture is to be produced from a powder of a material different from the used powder.
  • An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and to provide a 3D printer with a residual powder removal device to improve usability by providing a residual powder removal device for removing residual powder. It is in doing.
  • Another object of the present invention is to provide a 3D printer with a residual powder removal device, in which a vibration generator is provided on one side of the residual powder removal device to reduce the cohesive force of the residual powder so that powder removal can be quickly performed.
  • Another object of the present invention is to provide a 3D printer with a residual powder removal device provided with a filter on one side of the residual powder removal device, and the powder recovery rate is improved by separating and collecting the filtered residual powder from the filter. There is one.
  • Another object of the present invention is to provide a 3D printer with a residual powder removal device that has a scattering unit and scatters the residual powder adhered to the inner wall of the chamber so that the residual powder can be removed more quickly. There is one.
  • Another object of the present invention is to provide a 3D printer having a residual powder removal device in which an inert gas is injected by a scattering unit to block the risk of explosion in advance.
  • a chamber forming a printing space formed therein, a concentration meter measuring the concentration of metal powder scattered in the chamber, a powder transfer unit transferring metal powder within the chamber, and an inert gas inside the chamber
  • the remaining metal powder is forcibly scattered by spraying and the metal powder scattered in the chamber is discharged to the outside with an inert gas, and the metal powder is filtered through a filter assembly to remove the remaining metal powder inside the chamber. It characterized in that it is configured to include a powder removal device.
  • the inner edge of the chamber is characterized in that it is formed to be round.
  • the residual powder removal device includes a pump for forcing gas flow, a gas flow path for guiding the gas flow-forced by the pump through the chamber interior, and a gas flow path installed at one side of the gas flow path to filter the residual powder contained in the gas.
  • a filter assembly that generates vibration at one side of the gas flow path and the filter assembly to limit the agglomeration of residual powder; a gas supply flow channel that supplies an inert gas in communication with the gas flow channel; It is characterized by including a scattering unit that communicates with the flow path and sprays an inert gas into the chamber to scatter residual powder.
  • the filter assembly includes a filter for filtering residual powder by forming a flow path of an inert gas from the outside to the inside, and a space in a state in which the filter is accommodated, and the inert gas passes through the gas flow path. It is characterized in that it comprises a filter housing for exhausting and a regeneration vibration generator for regenerating the filter by generating vibration at one side of the filter housing to separate residual powder aggregated in the filter.
  • a powder collection space is provided inside the filter housing to collect residual powder separated from the filter by the regeneration vibration generator and dropped.
  • the scattering unit is provided with a plurality of nozzles and characterized in that the injection direction of the inert gas is changed.
  • the residual powder removal device is characterized in that it operates or stops in conjunction with the concentration measuring device.
  • the powder can be removed quickly.
  • a filter is provided on one side of the residual powder removal device, and the powder recovery rate may be improved by separating and collecting the filtered residual powder from the filter.
  • a scattering unit is provided to scatter the residual powder adhering to the inner wall of the chamber, so that the residual powder can be removed more quickly.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a powder application device and a 3D printer having the same used in the 3D printer disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1715124.
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the residual powder removal device of the laser sintered three-dimensional printer disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2017-0014618.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of a device for removing residual powder of a laser sintering type 3D printer disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2017-0014323.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a 3D printer powder recovery device using an air compressor and pneumatic pressure in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2018-0103334.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of a 3D printer equipped with a residual powder removal device according to the present invention.
  • Figure 6 is a cross-sectional view showing the operation of the 3D printer equipped with a residual powder removal device according to the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of a filter assembly, which is one configuration, in a 3D printer equipped with a residual powder removal device according to the present invention.
  • FIG. 8 is a flow chart showing a 3D printer residual powder removal method using the residual powder removal device according to the present invention.
  • FIG. 9 is a flow chart showing in detail a filtering step, which is one step in the 3D printer residual powder removal method using the residual powder removal device according to the present invention.
  • '3D printer 100' having a residual powder removal device 200 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of a 3D printer 100 equipped with a residual powder removal device 200 according to the present invention
  • FIG. 6 is a 3D 3D printer with a residual powder removal device 200 according to the present invention. A cross-sectional view showing the operation of the printer 100 is shown.
  • the 3D printer 100 is configured to store a certain amount of metal powder P and then supply it to the lower side of the laser irradiator 110 by a predetermined thickness.
  • the 3D printer 100 is operated in an inert atmosphere so that the metal powder P does not come into contact with air or water as the metal powder P, which has an explosion risk, is used as a material.
  • the 3D printer 100 has an external shape formed by a cabinet 120 in a rectangular parallelepiped shape, and a plurality of parts are built into the cabinet 120.
  • a chamber 130 is provided inside the cabinet 120.
  • the chamber 130 is configured to be sealed inside, and has a printing space 132 therein, and a laser irradiator 110 is installed above the printing space 132.
  • the remaining metal powder P is more easily scattered, and the inner edge is rounded to prevent the residual powder from agglomeration in the corner. Is formed.
  • a concentration meter 138 is provided on the inner central ceiling of the chamber 130.
  • the concentration meter 138 is a configuration for measuring the concentration of the scattered metal powder (P) inside the chamber 130, and is continuously measured when the residual powder removal device 200 is operated, so that the remaining concentration is lower than the preset concentration. It is a configuration that enables the operation of the powder removal device 200 to be stopped.
  • the residual powder removal device 200 maintains or stops the operation in conjunction with the concentration measurement value of the metal powder P measured by the concentration measuring device 138.
  • the 3D printer 100 is provided with a control panel, and the control panel performs a task of comparing the concentration of the metal powder P measured by the concentration meter 138 with a preset concentration, and the measured metal powder ( When the concentration of P) is less than or equal to the set concentration, it is preferably set to stop the operation of the residual powder removal device 200.
  • a storage unit 134 in which the metal powder P is stored, and the metal powder P stored in the storage unit 134 are stacked on the upper side of the laser irradiator 110 ) By irradiation of the laser to form a three-dimensional molded article (D) is formed, respectively.
  • the storage unit 134 and the molding unit 136 are lowered or raised in opposite directions when forming the three-dimensional molded product (D), thereby enabling the supply of the metal powder (P) and forming the three-dimensional molded product (D).
  • a powder transfer unit 140 for transferring the metal powder P is installed on the left side of the storage unit 134.
  • the powder transfer unit 140 When the storage unit 134 is raised to a predetermined height and the metal powder P is supplied to the printing space 132, the powder transfer unit 140 is spread to a uniform thickness while moving to the right side. It is a configuration that allows metal powders (P) of uniform height to be accumulated.
  • the metal powder (P) is fired by receiving laser irradiation from the laser irradiation unit 110 and recording, and the supply of the metal powder (P) of the powder transfer unit 140 and the descending of the molding unit 136 are repeated many times. Accordingly, it is possible to mold the three-dimensional molded article (D).
  • a powder collecting container 150 is provided on the right side of the molding part 136.
  • the powder collection container 150 is a place where excess metal powder P thinly spread by the powder transfer unit 140 falls and collects, and can be separated and reused by a user if necessary.
  • the 3D printer 100 is used to remove all remaining metal powder (P) in the chamber 130 when stopping production of the 3D molded product (D) or replacing it with a metal powder (P) of another material.
  • a residual powder removal device 200 is provided.
  • the residual powder removal device 200 forcibly disperses the aggregated metal powder P by injecting an inert gas into the chamber 130, and transfers the scattered metal powder P to the outside of the chamber 130 together with the inert gas. After discharge, the metal powder P is filtered through the filter assembly 230 to remove the residual metal powder P in the chamber 130.
  • the residual powder removal device 200 is for collecting all of the residual metal powder P remaining in the chamber 130 to the outside of the chamber 130, and in the embodiment of the present invention, the upper part of the chamber 130 Each was installed at the bottom.
  • the residual powder removal device 200 includes a pump 210 for forcing a gas flow, a gas flow path 220 for guiding the gas forced to flow by the pump 210 to pass through the chamber 130, and the The filter assembly 230 installed on one side of the gas flow path 220 to filter the residual powder contained in the gas, and the vibration generated at one side of the gas flow path 220 and the filter assembly 230 to limit the aggregation of the residual powder
  • the generator 240 and the gas supply passage 250 for supplying an inert gas in communication with the gas passage 220, and the inert gas in the chamber 130 located inside the chamber 130 and in communication with the gas passage 220 ) It is configured to include a scattering unit 260 that scatters the residual powder by spraying inside.
  • the pump 210 is positioned on the gas flow path 220 to force an inert gas to flow into the gas flow path 220 in one direction.
  • the pump 210 is disposed on the upper and lower sides of the chamber 130, respectively, and in the embodiment of the present invention, the inert gas is configured to flow into the inner left and center bottom surfaces of the chamber 130. I did.
  • the gas flow path 220 is surrounded by the outer side of the chamber 130 and has a tube shape so that both ends communicate with the interior of the chamber 130 at different places, and the gas flow path of the residual powder removal device 200 installed on the upper side ( 220) is connected so that the left and right center portions of the chamber 130 communicate with each other, and the gas flow path 220 of the residual powder removal device 200 installed at the lower side is connected so that the left and right portions of the chamber 130 communicate with each other. do.
  • one side of the gas flow path 220 installed on the upper side is branched to communicate with the left and right sides of the upper surface of the chamber 130, respectively.
  • blowing fans 222 are installed at the ends of the branched gas flow path 220, respectively, and are configured to generate downward wind power by rotational power.
  • the filter assembly 230 is a configuration for selectively filtering the residual powder transported together with the inert gas through the gas flow path 220 and will be described in detail below.
  • a gas supply passage 250 is provided outside the gas passage 220.
  • the gas supply passage 250 is configured to forcibly flow an inert gas from the outside of the chamber 130 and supply it to the gas passage.
  • the gas supply passage 250 is configured to supply argon gas or nitrogen gas, and the gas supply passage 250 communicates with a cylinder 270 in which an inert gas is stored, and a gas supply passage at the other end thereof. It is configured to communicate with the inside (250).
  • the gas supply passage 250 is configured to be branched up/down to communicate with the gas passage 220 or the chamber 130.
  • the inert gas introduced through the gas supply passage 250 may flow in the direction of an arrow in FIG. 6 and may be introduced into the chamber 130.
  • the vibration generator 240 is configured to generate vibration by receiving power from the outside, and at least one or more is installed in each of the gas flow path 220 and the filter assembly 230 to provide the gas flow path 220 and the filter assembly 230 ) It functions to limit the agglomeration of the internal metal powder (P).
  • the vibration generator 240 includes an expansion vibration generator 242 installed in the gas flow path 220 and a regenerative vibration generator 244 installed in the filter assembly 230.
  • the expansion vibration generator 242 is installed on one side of the gas flow path 220 to prevent the metal powder P from being aggregated and agglomerated on the inner wall of the gas flow path 220 to narrow the pipe, thereby expanding the inside of the gas flow path 220 It is a configuration that allows you to maintain the status.
  • the regeneration vibration generator 244 is configured to shake off and drop the metal powder P accumulated in the filter assembly 230 so that the filtering function of the filter assembly 230 can be regenerated.
  • a scattering unit 260 is installed inside the chamber 130.
  • the scattering unit 260 communicates with the end of the gas flow path 220 but is configured to strongly inject an inert gas into the chamber 130, and by having a plurality of nozzles, the inert gas is injected at various angles to the chamber ( 130) It is configured to scatter metal powder (P) attached to the inner wall.
  • the scattering unit 260 is configured such that the spraying direction is variable. That is, the scattering unit 260 is preferably configured to be rotatable so that the injected inert gas can be injected into a wider area.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of a filter assembly 230, which is one configuration, in the 3D printer 100 equipped with the residual powder removal device 200 according to the present invention.
  • the filter assembly 230 is disposed between the gas flow path 220, and fastening portions 236 are provided on both sides.
  • the fastening part 236 is a configuration for separating the filter assembly 230 from the gas flow path 220 when necessary.
  • the fastening part 236 maintains a sealed state so that inert gas or metal powder P does not leak when the residual powder removing device 200 is in operation.
  • the filter assembly 230 has a filter 232 for filtering residual powder by forming a flow path of an inert gas from the outside to the inside, and a space in a state in which the filter 232 is accommodated, and the gas flow path 220 ) And a filter housing 234 that communicates with the inert gas to be exhausted through the interior, and the above-described regeneration vibration generator 244.
  • the filter 232 has a cylindrical shape, but is formed such that the inside is opened only in the right direction.
  • the cylinder itself has a number of ventilation holes so that an inert gas can pass therethrough, and the ventilation holes are configured to have an inner diameter smaller than that of the metal powder (P), so that only the metal powder (P) is selectively filtered.
  • the metal powder P is in a more filtered state near the outer surface of the filter 232.
  • the filter housing 234 has a filter 232 accommodated therein, and the right part is coupled to communicate with the gas flow path 220.
  • the inert gas that has passed through the filter 232 and introduced into the filter 232 may move to the right and flow into the gas flow path 220.
  • a powder collection space 238 is formed inside the filter housing 234.
  • the powder collection space 238 refers to a space located below the filter 232 in the inner space of the filter housing 234, and a space for loading and collecting metal powder P separated from the filter 232 and dropped. to be.
  • the metal powder P collected in the powder collection space 238 can be reused by moving to a separate storage location when the filter assembly 230 is separated by disengaging the fastening part 236.
  • the fastening part 236 is preferably configured to have a sealing function.
  • a vibration generator 244 for regeneration is provided above the filter housing 234.
  • the regeneration vibration generator 244 is configured to provide vibration to the filter housing 234 and the filter 232 to remove the metal powder P attached to the filter 232.
  • the ventilation hole of the filter 232 can secure a large aperture ratio, thereby maximizing filtering efficiency.
  • FIG. 8 is a flow chart showing a method of removing residual powder of the 3D printer 100 using the residual powder removing apparatus 200 according to the present invention
  • FIG. 9 is a 3D diagram using the residual powder removing apparatus 200 according to the present invention.
  • the residual powder removal method using the residual powder removal device 200 includes a preparation step (S100) of applying power to the concentration measuring device 138 and the residual powder removal device 200 to prepare for removal of the residual powder, A filtering step (S200) of filtering the residual powder contained in the inert gas flowing by the residual powder removing device 200, and a completion step of ending the concentration measuring device 138 and the residual powder removing device 200 (S300) ) Is completed in sequence.
  • the concentration meter 138 continuously measures the concentration of the metal powder (P) inside the chamber 130 and provides it to the control panel, and the molding part 136 rises upward as shown in FIG. Thus, the three-dimensional molded article (D) is placed inside the chamber (130).
  • the remaining powder inside the molding part 136 is located inside the printing space 132, and the upper part of the storage part 134 and the powder collecting container 150 is preferably shielded by a separate cover 133. Do.
  • the regeneration vibration generator 244 is operated to limit the agglomeration of residual powder in the filter 232, and the expansion vibration generator 242 is also operated so that the residual amount on the inner wall of the gas flow path 220 It blocks the horse from attaching.
  • the filtering step (S200) includes a filtering process (S220) of selectively filtering only the residual powder of the residual powder and inert gas, and a concentration sensing process (S240) of detecting the concentration of the residual powder inside the chamber 130. ), and a concentration comparison process (S260) for comparing the concentration of the residual powder detected in the concentration detection process (S240) with a set concentration.
  • the filtering process (S220) is a process in which the residual powder introduced into the filter assembly 230 together with the inert gas is filtered by the filter 232, and is attached to the filter 232 by the action of the vibration generator 242 for expansion. The remaining powder may be separated from the filter 232 and dropped, thereby being collected in the powder collection space 238.
  • the regeneration vibration generator 244 regenerates the filter 232 by increasing the aperture ratio of the filter 232 by dropping the residual powder attached to the filter 232.
  • the concentration sensing process (S240) is a process of measuring the amount of residual powder remaining in the chamber 130 as a concentration.
  • the concentration detection process (S240) and the concentration comparison process (S260) are performed simultaneously, and the concentration comparison process (S260) is a process of continuously comparing the measured concentration of the residual powder inside the chamber 130 and the set concentration.

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Abstract

본 발명에 의한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터는, 외관을 형성하고 내장된 다수 부품을 보호하는 캐비넷과, 상기 캐비넷 내부에서 레이저조사기로부터 레이저를 조사받아 3차원 성형품이 형성되는 프린팅공간을 형성하는 챔버와, 상기 챔버 내부에 비산(飛散)된 금속분말 농도를 측정하는 농도측정기와, 상기 챔버 내부에서 금속분말을 이송하는 분말이송유닛과, 상기 챔버 내부에 불활성가스를 분사하여 응집된 금속분말을 강제 비산하고, 상기 챔버 내부에서 비산된 금속분말을 불활성가스와 함께 외부로 배출하며, 필터조립체를 경유시켜 금속분말을 필터링하여 챔버 내부의 잔여 금속분말을 제거하는 잔여분말제거장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터
본 발명은 폭발위험성을 가지는 금속분말을 연속적으로 공급하면서 3차원 성형품을 성형하는 3D프린터에 잔여분말을 제거하기 위한 잔여분말제거장치를 구비하여 사용편의성이 향상될 수 있도록 한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터에 관한 것이다.
본 발명은 잔여분말제거장치 일측에 진동발생부를 구비하여 잔여분말의 응집력을 저하시킴으로써 분말 제거가 신속하게 이루어질 수 있도록 한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터에 관한 것이다.
본 발명은 잔여분말제거장치 일측에 필터를 구비하되, 필터링된 잔여분말을 필터로부터 분리하여 모음으로써 분말회수율이 향상될 수 있도록 한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터에 관한 것이다.
본 발명은 비산유닛을 구비하여 챔버 내부 벽면에 부착된 잔여분말을 비산(飛散)시킴으로써 잔여분말을 보다 신속하게 제거할 수 있도록 한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터에 관한 것이다.
본 발명은 비산유닛에 의해 불활성가스가 분사되게 하여 폭발 위험을 미연에 차단할 수 있도록 한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터에 관한 것이다.
종래에는 3차원 성형품을 제조하기 위해 주조나 단조 등의 전통적인 가공방법을 사용해왔다. 또한 이와 같은 제조방법을 이용할 때 제품의 품질을 유지하기 위해서는 전문적인 지식을 가진 작업자가 수행해야 했다.
최근에는 3차원 성형품을 가공하기 위한 장치로 3D 프린터가 사용되고 있으며, 비젼문가도 손쉽게 3차원의 성형품을 제작할 수 있다는 이점 때문에 점차 전통적인 가공방법을 대체하고 있다.
즉, 3D 프린터는 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력된 2차원 도면을 바탕으로 실제 입체 모양을 그대로 제작하는 장비이며, 3D 프린팅 기술은 자동차, 의료, 예술, 교육분야로 확대되고 있고, 다양한 모형을 만들기 위한 용도로 광범위하게 사용하고 있다.
3D 프린터의 원리는 절삭형과 적층형으로 나눌 수 있으며, 실제 적용되고 있는 3D 프린터의 대부분은 재료 손실이 없는 적층형에 해당된다.
적층형 3D 프린터는 레이저를 투사하여 경화시키는 방법을 통해 적층해 가는 방식으로 인쇄물이 완성되도록 한 것으로, 대한민국 등록특허 제10-1715124호에는 도 1과 같이 금속분말을 성형 대상으로 하는 3차원 프린터에 사용되는 분말도포장치 및 이를 구비한 3차원 프린터가 개시되어 있다.
그러나 상기 종래 기술은 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 상기 특허는 원재료로서 금속분말을 사용하는 것으로 기재되어 있기는 하나, 물 또는 산소와 반응성이 큰 금속분말 예컨대, 마그네슘 분말을 사용하여 인쇄물을 제조하는데에는 어려움이 있다.
보다 상세히 설명하면, 마그네슘은 알루미늄보다 가벼워 항공기 부품에 많이 사용되고 있으며, 다른 성분과 혼합되어 합금화된 경우에는 고온 내열 특성이 우수하여 항공기 엔진 부품에도 사용되고 있는 재료이다.
그러나 이러한 장점을 갖는 마그네슘은 물 또는 산소와 반응성이 커서 폭발 위험이 있으므로 취급에 유의해야만 한다.
또한 상기 종래기술은 3차원 성형품의 성형이 완료된 경우 별도의 공간으로 옮겨 후처리(소결되지 않고 분말 상태로 남아있는 잉여 금속분말의 제거 등)를 진행해야 하므로 사용편의성 및 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
이에 따라 대한민국 공개특허 제10-2017-0014618호에는 도 2와 같이 레이저에 의해 파우더가 조형물로 소결되는 빌드챔버(1)의 아래쪽에 잔여 파우더가 퇴적되는 수거챔버(10)와, 빌드챔버(1)에서 소결된 조형물과 잔여 파우더를 플랫폼(5)과 함께 수거챔버(10)로 이동시키는 승강기구(20), 수거챔버(10)의 파우더가 이송되어 포집되는 포집실(30), 및 수거챔버(10) 내의 파우더를 포집실(30)로 이송시키는 수거 블레이드(40)를 포함하여 구성되는 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치가 개시되어 있다.
그리고 대한민국 공개특허 제10-2017-0014323호에는 도 3과 같이 흡입챔버(10) 내부에서 조형물(W)에 묻은 파우더(P)를 탈거시키는 블로잉기구와, 흡입챔버(10) 내부의 파우더(P)를 흡입하여 포집하는 흡입기구를 포함하여 구성되어 조형물(W) 주위의 잔여 파우더를 용이하고 신속하게 분리 제거할 수 있도록 한 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치가 개시되어 있다.
또한 대한민국 공개특허 제10-2018-0103334호에는 도 4와 같이 제품조형챔버(210) 내부로 소정의 공기압을 유지하게 하는 에어 컴프레서(260) 및 제품 조형 챔버(210)의 타측에 배치된 상태에서 제품조형챔버(210) 내부로부터의 미소결 분말 입자를 회수하는 분말 흡입장치(270)를 포함하여 구성되는 에어 컴프레서와 공기압을 이용한 3D 프린터 분말 회수 장치가 개시되어 있다.
그러나 상기한 종래 기술은 다음과 같은 문제점이 있다.
즉 상기 기술들은 조형물에 묻은 파우더를 탈거하기 위한 것으로서, 사용한 파우더와 상이한 재질의 파우더로 조형물을 생산하고자 할 때에는 사용편의성이 저하되는 문제점이 있다.
보다 구체적으로, 타이타늄(Ti) 분말로 조형물의 제조를 완료한 후 동일 챔버 내에서 소재를 바꾸어 마그네슘(Mg)을 소재로한 조형물을 제조하고자 할 때 챔버 내부의 기존 분말을 모두 제거해야만 하는데, 상기 기술로는 챔버 내부의 구석진 부분에 존재하는 분말까지 제거하는데 어려움이 있다.
또한 사용된 분말이 나노 크기인 경우 큰 응집력을 가지므로 수작업으로 제거시 많은 시간이 소요되므로 사용편의성이 저하됨은 물론 생산성을 낮추어 바람직하지 못하다.
그리고 기존 분말이 일부 남아있는 상태로 상이한 소재를 투입하여 조형물을 제조하는 경우 후속 제조된 조형물에는 기존 분말이 불순물로 작용하여 불량을 야기하게 되므로 바람직하지 못하다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 잔여분말을 제거하기 위한 잔여분말제거장치를 구비하여 사용편의성이 향상될 수 있도록 한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 잔여분말제거장치 일측에 진동발생부를 구비하여 잔여분말의 응집력을 저하시킴으로써 분말 제거가 신속하게 이루어질 수 있도록 한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 잔여분말제거장치 일측에 필터를 구비하되, 필터링된 잔여분말을 필터로부터 분리하여 모음으로써 분말회수율이 향상될 수 있도록 한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 비산유닛을 구비하여 챔버 내부 벽면에 부착된 잔여분말을 비산(飛散)시킴으로써 잔여분말을 보다 신속하게 제거할 수 있도록 한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 비산유닛에 의해 불활성가스가 분사되게 하여 폭발 위험을 미연에 차단할 수 있도록 한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터를 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터는, 외관을 형성하고 내장된 다수 부품을 보호하는 캐비넷과, 상기 캐비넷 내부에서 레이저조사기로부터 레이저를 조사받아 3차원 성형품이 형성되는 프린팅공간을 형성하는 챔버와, 상기 챔버 내부에 비산(飛散)된 금속분말 농도를 측정하는 농도측정기와, 상기 챔버 내부에서 금속분말을 이송하는 분말이송유닛과, 상기 챔버 내부에 불활성가스를 분사하여 응집된 금속분말을 강제 비산하고, 상기 챔버 내부에서 비산된 금속분말을 불활성가스와 함께 외부로 배출하며, 필터조립체를 경유시켜 금속분말을 필터링하여 챔버 내부의 잔여 금속분말을 제거하는 잔여분말제거장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 챔버 내부 가장자리는 라운드지게 형성됨을 특징으로 한다.
상기 잔여분말제거장치는, 기체 유동을 강제하는 펌프와, 상기 펌프에 의해 유동 강제된 기체가 챔버 내부를 경유하도록 안내하는 기체유로와, 상기 기체유로 일측에 설치되어 기체에 포함된 잔여분말을 필터링하는 필터조립체와, 상기 기체유로 및 필터조립체 일측에서 진동을 발생하여 잔여분말의 응집을 제한하는 진동발생기와, 상기 기체유로와 연통하여 불활성 가스를 공급하는 가스공급유로와, 상기 챔버 내부에 위치하고 기체유로와 연통하여 불활성 가스를 챔버 내부에 분사함으로써 잔여분말을 비산시키는 비산유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 필터조립체는, 외측에서 내측 방향으로 불활성가스의 유로를 형성하여 잔여분말을 필터링하는 필터와, 상기 필터를 수용한 상태로 공간을 형성하고, 상기 기체유로와 연통하여 불활성가스가 내부로 경유하여 배기되게 하는 필터하우징과, 상기 필터하우징 일측에서 진동을 발생하여 필터에 응집된 잔여분말이 분리되게 함으로써 필터를 재생하는 재생용진동발생기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 필터하우징 내부에는, 상기 재생용진동발생기에 의해 필터로부터 분리되어 낙하된 잔여분말을 수집하기 위한 분말수집공간이 구비됨을 특징으로 한다.
상기 비산유닛은 다수의 노즐을 구비하며 불활성가스의 분사 방향을 가변하는 것을 특징으로 한다.
상기 잔여분말제거장치는, 상기 농도측정기와 연동하여 동작하거나 정지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 잔여분말을 제거하기 위한 잔여분말제거장치를 구비하여 사용편의성이 향상될 수 있다.
그리고 잔여분말제거장치 일측에 진동발생부를 구비하여 잔여분말의 응집력을 저하시킴으로써 분말 제거가 신속하게 이루어질 수 있다.
또한 잔여분말제거장치 일측에 필터를 구비하되, 필터링된 잔여분말을 필터로부터 분리하여 모음으로써 분말회수율이 향상될 수 있다.
그리고 비산유닛을 구비하여 챔버 내부 벽면에 부착된 잔여분말을 비산(飛散)시킴으로써 잔여분말을 보다 신속하게 제거할 수 있다.
뿐만 아니라, 비산유닛에 의해 불활성가스가 분사되게 하여 폭발 위험을 미연에 차단할 수 있는 효과를 가진다.
도 1 은 대한민국 등록특허 제10-1715124호에 개시된 3차원 프린터에 사용되는 분말도포장치 및 이를 구비한 3차원 프린터의 구성을 보인 사시도.
도 2 는 대한민국 공개특허 제10-2017-0014618호에 개시된 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치의 구성을 보인 단면도.
도 3 은 대한민국 공개특허 제10-2017-0014323호에개시된 레이저 소결식 3차원 프린터의 잔여 파우더 제거장치의 구성을 보인 단면도.
도 4 는 대한민국 공개특허 제10-2018-0103334호에에어 컴프레서와 공기압을 이용한 3D 프린터 분말 회수 장치를 나타낸 개요도.
도 5 는 본 발명에 의한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터의 구성을 보인 단면도.
도 6 은 본 발명에 의한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터의 작용을 보인 단면도.
도 7 은 본 발명에 의한 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터에서 일 구성인 필터조립체의 세부 구성을 보인 단면도.
도 8 은 본 발명에 의한 잔여분말제거장치를 이용한 3D프린터 잔여분말 제거 방법을 나타낸 순서도.
도 9 는 본 발명에 의한 잔여분말제거장치를 이용한 3D프린터 잔요분말 제거 방법에서 일 단계인 필터링단계를 세부적으로 나타낸 순서도.
이하 첨부된 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 의한 잔여분말제거장치(200)를 구비한 3d프린터(이하 '3D프린터(100)'라 칭함)의 구성을 설명한다.
도 5에는 본 발명에 의한 잔여분말제거장치(200)를 구비한 3D프린터(100)의 구성을 보인 단면도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명에 의한 잔여분말제거장치(200)를 구비한 3D프린터(100)의 작용을 보인 단면도가 도시되어 있다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 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 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 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.
도면과 같이 상기 3D프린터(100)는 금속분말(P)을 일정량 보관하고 있다가 레이저조사기(110) 하측으로 소정두께만큼 공급하도록 구성된다.
그리고 상기 3D프린터(100)는 폭발 위험성이 있는 금속분말(P)을 소재로 사용함에 따라 금속분말(P)이 공기나 물과 접촉하지 않도록 불활성 분위기로 운영된다.
즉 상기 3D프린터(100)는 직육면체 형태의 캐비넷(120)에 의해 외형이 형성되며, 상기 캐비넷(120) 내부에는 다수 부품이 내장된다.
그리고 상기 캐비넷(120) 내부에는 챔버(130)가 구비된다. 상기 챔버(130)는 내부가 밀폐될 수 있도록 구성된 것으로, 내부에는 프린팅공간(132)을 구비하며 프린팅공간(132)의 상부에는 레이저조사기(110)가 설치된다.
상기 챔버(130)는 아래에서 설명하게 될 잔여분말제거장치(200) 동작시에 내부의 잔여 금속분말(P)이 보다 용이하게 비산되게 하고, 잔여분말이 구석에 응집되지 않도록 하기 위해 내부 가장자리는 라운드지게 형성된다.
상기 챔버(130)의 내부 중앙 천장에는 농도측정기(138)가 구비된다. 상기 농도측정기(138)는 챔버(130) 내부의 비산된 금속분말(P) 농도를 측정하기 위한 구성으로, 잔여분말제거장치(200) 동작시에 지속적으로 측정함으로써 미리 설정된 설정농도보다 낮아질 때 잔여분말제거장치(200)의 동작이 정지될 수 있도록 하는 구성이다.
따라서 상기 잔여분말제거장치(200)는 농도측정기(138)가 측정한 금속분말(P)의 농도 측정값과 연동하여 동작을 유지하거나 정지하게 된다.
이를 위해 상기 3D프린터(100)에는 제어반이 구비되며, 상기 제어반은 농도측정기(138)가 측정한 금속분말(P)의 농도와 미리 설정된 설정농도와 비교하는 작업을 수행하고, 측정한 금속분말(P)의 농도가 설정농도 이하인 경우 잔여분말제거장치(200)의 동작을 정지시키도록 설정됨이 바람직하다.
상기 프린팅공간(132)의 바닥면에는 금속분말(P)이 저장되는 저장부(134)와, 상기 저장부(134)에 저장되어 있던 금속분말(P)이 상측에 적층시에 레이저조사기(110)로부터 레이저를 조사받아 3차원 성형품(D)이 형성될 수 있도록 하는 성형부(136)가 각각 형성된다.
상기 저장부(134)와 성형부(136)는 3차원 성형품(D) 성형시에 서로 반대방향으로 하강 또는 상승함으로써 금속분말(P)의 공급 및 3차원 성형품(D)의 성형을 가능하게 하며, 상기 저장부(134)의 좌측에는 금속분말(P)을 이송하기 위한 분말이송유닛(140)이 설치되어 있다.
상기 분말이송유닛(140)은 저장부(134)가 소정 높이만큼 상승하여 금속분말(P)을 프린팅공간(132)으로 공급시 우측 방향으로 이동하면서 균일한 두께로 펼쳐 성형부(136) 상측에도 균일한 높이의 금속분말(P)이 쌓이도록 하는 구성이다.
따라서 상기 금속분말(P)은 레이저조사기(110)로부터 레이저를 조사받아 녹음으로써 소성되고, 상기 분말이송유닛(140)의 금속분말(P) 공급과 성형부(136)의 하강이 다수회 반복됨에 따라 3차원 성형품(D)의 성형이 가능하게 된다.
상기 성형부(136) 우측에는 분말회수통(150)이 구비된다. 상기 분말회수통(150)은 분말이송유닛(140)에 의해 얇게 펴진 금속분말(P)의 여분이 낙하하여 모이는 곳으로, 필요시 사용자에 의해 분리되어 재사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 요부 구성인 잔여분말제거장치(200)의 세부 구성을 설명한다.
상기 3D프린터(100)에는 3차원 성형품(D)의 생산을 중지하거나, 다른 소재의 금속분말(P)로 교체하고자 할 때 챔버(130) 내부의 잔여한 금속분말(P)을 모두 제거하기 위한 잔여분말제거장치(200)가 구비된다.
상기 잔여분말제거장치(200)는 챔버(130) 내부에 불활성가스를 분사하여 응집된 금속분말(P)을 강제 비산하고, 비산된 금속분말(P)을 불활성가스와 함께 챔버(130) 외부로 배출한 후, 필터조립체(230)를 경유시켜 금속분말(P)을 필터링하여 챔버(130) 내부의 잔여 금속분말(P)을 제거하는 구성이다.
즉 상기 잔여분말제거장치(200)는 챔버(130) 내부에 남아있는 잔여 금속분말(P) 모두를 챔버(130) 외부로 포집하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예에서 챔버(130)의 상부와 하부에 각각 하나씩 설치하였다.
상기 잔여분말제거장치(200)는 기체 유동을 강제하는 펌프(210)와, 상기 펌프(210)에 의해 유동 강제된 기체가 챔버(130) 내부를 경유하도록 안내하는 기체유로(220)와, 상기 기체유로(220) 일측에 설치되어 기체에 포함된 잔여분말을 필터링하는 필터조립체(230), 상기 기체유로(220) 및 필터조립체(230) 일측에서 진동을 발생하여 잔여분말의 응집을 제한하는 진동발생기(240)와, 상기 기체유로(220)와 연통하여 불활성 가스를 공급하는 가스공급유로(250)와, 상기 챔버(130) 내부에 위치하고 기체유로(220)와 연통하여 불활성 가스를 챔버(130) 내부에 분사함으로써 잔여분말을 비산시키는 비산유닛(260)을 포함하여 구성된다.
상기 펌프(210)는 기체유로(220)상에 위치하여 기체유로(220) 내부로 불활성기체가 일방향으로 유동할 수 있도록 강제하는 구성이다.
본 발명의 실시예에서 상기 펌프(210)는 챔버(130) 상측과 하측에 각각 배치되며, 본 발명의 실시예에서 챔버(130)의 내부 좌측 및 중앙 바닥면으로 불활성 가스가 유입될 수 있도록 구성하였다.
상기 기체유로(220)는 챔버(130)의 외측으로 둘러지되 양단부가 서로 상이한 곳에서 챔버(130) 내부와 연통하도록 관형태로 이루어진 것으로, 상측에 설치된 잔여분말제거장치(200)의 기체유로(220)는 챔버(130)의 좌측중앙부와 우측중앙부가 서로 연통하도록 연결되고, 하측에 설치된 잔여분말제거장치(200)의 기체유로(220)는 챔버(130)의 좌측부와 우측부가 서로 연통하도록 연결된다.
그리고 상측에 설치된 기체유로(220)는 일측이 분지되어 챔버(130)의 상면 좌측과 우측에 각각 연통된다. 또한 분지된 기체유로(220)의 단부에는 송풍팬(222)이 각각 설치되어 회전동력으로 하측 방향 풍력을 발생하도록 구성된다.
따라서 상기 챔버(130) 내부는 송풍팬(222)의 작동으로 인해 강한 기체 유동이 발생하게 되며, 잔여분말의 비산을 발생시킬 수 있게 된다.
상기 필터조립체(230)는 기체유로(220)를 통해 불활성가스와 함께 이송되는 잔여분말을 선택적으로 걸러내기 위한 구성으로 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
상기 기체유로(220)의 외측에는 가스공급유로(250)가 구비된다. 상기 가스공급유로(250)는 챔버(130) 외부에서 불활성가스를 강제유동시켜 가스유로에 공급하기 위한 구성이다.
본 발명의 실시예에서 상기 가스공급유로(250)는 아르곤가스 또는 질소가스를 공급하도록 구성되며, 가스공급유로(250)에는 불활성가스가 저장되는 봄베(270)와 연통되고 타단부에는 가스공급유로(250) 내부와 연통되도록 구성된다.
보다 구체적으로, 상기 가스공급유로(250)는 상/하로 분지되어 기체유로(220) 또는 챔버(130)와 연통하도록 구성된다.
따라서 상기 가스공급유로(250)를 통해 유입된 불활성가스는 도 6의 화살표 방향으로 유동하여 챔버(130) 내부로 유입될 수 있다.
상기 진동발생기(240)는 외부로부터 전원을 공급받아 진동을 발생하는 구성으로, 상기 기체유로(220) 및 필터조립체(230)에 각각 적어도 1개 이상 설치되어 기체유로(220)와 필터조립체(230) 내부의 금속분말(P) 응집을 제한하는 기능을 수행한다.
즉 상기 진동발생기(240)는 기체유로(220)에 설치된 확장용진동발생기(242)와, 필터조립체(230)에 설치된 재생용진동발생기(244)를 포함하여 구성된다.
상기 확장용진동발생기(242)는 기체유로(220) 일측에 설치되어 기체유로(220) 내부 벽면에 금속분말(P)이 응집되어 뭉쳐져 관로가 좁아지는 것을 방지함으로써 기체유로(220) 내부가 확장된 상태를 유지할 수 있도록 하는 구성이다.
그리고 상기 재생용진동발생기(244)는 필터조립체(230) 내부에 쌓이는 금속분말(P)을 털어내어 낙하시킴으로써 필터조립체(230)의 필터링 기능이 다시 재생될 수 있도록 하는 구성이다.
상기 챔버(130) 내부에는 비산유닛(260)이 설치된다. 상기 비산유닛(260)은 기체유로(220)의 단부와 연통하되 챔버(130) 내부로 불활성가스를 강하게 분사할 수 있도록 구성된 것으로, 다수의 노즐을 구비함으로써 다양한 각도로 불활성가스를 분사하여 챔버(130) 내부 벽면에 부착된 금속분말(P)을 비산시킬 수 있도록 구성된다.
그리고 상기 비산유닛(260)은 분사 방향이 가변하도록 구성된다. 즉 상기 비산유닛(260)은 회전 가능하게 구성되어 분사되는 불활성가스가 보다 넓은 영역으로 분사될 수 있도록 함이 바람직하다.
이하 첨부된 도 7을 참조하여 상기 필터조립체(230)의 세부 구성을 설명한다.
도 7에는 본 발명에 의한 잔여분말제거장치(200)를 구비한 3D프린터(100)에서 일 구성인 필터조립체(230)의 세부 구성을 보인 단면가 도시되어 있다.
상기 필터조립체(230)는 기체유로(220) 사이에 배치되며, 양측에는 체결부(236)가 구비된다. 상기 체결부(236)는 필요시 기체유로(220)로부터 필터조립체(230)를 분리하기 위한 구성이다.
그리고 상기 체결부(236)는 잔여분말제거장치(200)가 동작중일 때 불활성가스나 금속분말(P)이 누설되지 않도록 밀폐 상태를 유지함이 바람직하다.
상기 필터조립체(230)는 외측에서 내측 방향으로 불활성가스의 유로를 형성하여 잔여분말을 필터링하는 필터(232)와, 상기 필터(232)를 수용한 상태로 공간을 형성하고, 상기 기체유로(220)와 연통하여 불활성가스가 내부로 경유하여 배기되게 하는 필터하우징(234)과, 전술한 재생용진동발생기(244)를 포함하여 구성된다.
상기 필터(232)는 원통형태를 가지되 내부가 우측 방향으로만 개구되게 형성된다. 그리고 원통 자체는 수많은 통기공이 형성되어 불활성가스가 통과할 수 있으며, 통기공은 금속분말(P)의 입경보다 작은 내경을 갖도록 구성되어 금속분말(P)만 선택적으로 필터링하게 된다.
따라서 상기 금속분말(P)은 필터(232)의 외면에 가까운 곳에 보다 많이 필터링된 상태이다.
상기 필터하우징(234)은 내부에 필터(232)가 수용되어 있으며, 우측부는 기체유로(220)와 연통하도록 결합된다.
따라서 상기 필터(232)를 통과하여 필터(232) 내부로 유입된 불활성 기체는 우측 방향으로 이동하여 기체유로(220) 내부로 유입될 수 있다.
상기 필터하우징(234) 내부에는 분말수집공간(238)이 형성된다. 상기 분말수집공간(238)은 필터하우징(234)의 내부 공간에서 필터(232) 보다 하측에 위치한 공간을 일컫는 것으로, 필터(232)로부터 분리되어 낙하된 금속분말(P)을 적재하여 수집하는 공간이다.
상기 분말수집공간(238)에 수집된 금속분말(P)은 체결부(236)의 체결을 해지하여 필터조립체(230)를 분리하였을 때 별도의 보관장소로 이동하여 재사용 가능하다.
그리고 상기 분말수집공간(238)에 수집된 금속분말(P)은 공기나 물과 접촉시 폭발 위험이 있으므로 체결부(236)는 밀폐 기능을 가질 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
상기 필터하우징(234)의 상측에는 재생용진동발생기(244)가 구비된다. 상기 재생용진동발생기(244)는 필터하우징(234) 및 필터(232)에 진동을 제공하여 필터(232)에 부착되는 금속분말(P)을 털어내기 위한 구성이다.
따라서 상기 재생용진동발생기(244)가 발생한 진동에 의해 상기 필터(232)의 통기공은 개구율을 크게 확보할 수 있게 되어 필터링 효율을 극대화할 수 있게 된다.
이하 상기와 같이 구성되는 3D프린터(100)에서 챔버(130) 내부의 잔여분말을 제거하는 방법을 첨부된 5 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8에는 본 발명에 의한 잔여분말제거장치(200)를 이용한 3D프린터(100) 잔여분말 제거 방법을 나타낸 순서도가 도시되어 있고, 도 9에는 본 발명에 의한 잔여분말제거장치(200)를 이용한 3D프린터(100) 잔요분말 제거 방법에서 일 단계인 필터링단계(S200)를 세부적으로 나타낸 순서도가 도시되어 있다.
도면과 같이 잔여분말제거장치(200)를 이용한 잔여분말 제거 방법은, 상기 농도측정기(138)와 잔여분말제거장치(200)에 전원을 인가하여 잔여분말 제거를 준비하는 준비단계(S100)와, 상기 잔여분말제거장치(200)에 의해 유동하는 불활성가스에 포함된 잔여분말을 필터링하는 필터링단계(S200)와, 상기 농도측정기(138)와 잔여분말제거장치(200)를 종료하는 완료단계(S300)를 순차적으로 실시하여 완성된다.
상기 준비단계(S100)에서, 상기 농도측정기(138)는 챔버(130) 내부의 금속분말(P) 농도를 지속적으로 측정하여 제어반으로 제공하며, 도 6과 같이 성형부(136)는 상측으로 상승하여 3차원 성형품(D)이 챔버(130) 내부에 위치시키게 된다.
이때 상기 성형부(136) 내부의 잔여분말은 프린팅공간(132) 내부에 위치하게 되며, 상기 저장부(134)와 분말회수통(150) 상부는 별도의 덮개(133)에 의해 차폐됨이 바람직하다.
상기 필터링단계(S200)는 재생용진동발생기(244)를 동작시켜 필터(232)에 잔여분말의 응집을 제한하게 되고, 확장용진동발생기(242) 역시 동작하여 기체유로(220) 내부 벽면에 잔여분말이 부착되는 것을 차단하게 된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 필터링단계(S200)는 잔여분말과 불활성가스 중 잔여분말만 선택적으로 필터링하는 필터링과정(S220)과, 상기 챔버(130) 내부의 잔여분말 농도를 감지하는 농도감지과정(S240)과, 상기 농도감지과정(S240)에서 감지된 잔여분말의 농도와 설정농도를 비교하는 농도비교과정(S260)을 포함하여 구성된다.
상기 필터링과정(S220)은 필터조립체(230) 내부로 불활성가스와 함께 유입된 잔여분말이 필터(232)에 의해 필터링되는 과정이며, 확장용진동발생기(242)의 작용에 의해 필터(232)에 부착된 잔여분말은 필터(232)로부터 분리되어 낙하함으로써 분말수집공간(238)에 수집될 수 있다.
상기 필터링과정(S220)중에 상기 재생용진동발생기(244)는 필터(232)에 부착된 잔여분말을 낙하시켜 필터(232)의 개구율을 높임으로써 필터(232)를 재생하게 된다.
상기 농도감지과정(S240)은 챔버(130) 내부의 잔여분말이 얼마나 남아있는지를 농도로 측정하는 과정이다.
상기 농도감지과정(S240) 농도비교과정(S260)은 동시에 실시되며, 농도비교과정(S260)은 챔버(130) 내부의 잔여분말 측정 농도와 설정농도를 지속적으로 비교하는 과정이다.
즉 농도측정기(138)가 측정한 챔버(130) 내부의 잔여분말 농도값이 설정농도 이하로 측정되는 경우 잔여분말제거장치(200)를 더 이상 가동하는 것은 불필요하므로 이러한 시점을 기준으로 잔여분말제거장치(200)의 가동을 중지하여 완료단계(S300)로 돌입할 수 있도록 하는 구성이다.
따라서 상기 농도비교단계에서 측정 농도가 설정농도와 같아지면 상기 농도측정기(138)와 잔여분말제거장치(200)의 동작을 종료하여 완료단계(S300)를 실시하게 된다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
본 발명에 따른 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터에 의하면, 잔여분말을 신속하게 회수하면서 불활성가스에 의한 폭발 위험을 방지할 수 있으므로, 산업상 이용가능성이 높다고 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 외관을 형성하고 내장된 다수 부품을 보호하는 캐비넷과; 상기 캐비넷 내부에서 레이저조사기로부터 레이저를 조사받아 3차원 성형품이 형성되는 프린팅공간을 형성하며, 내부 가장자리는 라운드지게 형성된 챔버와; 상기 챔버 내부에 비산(飛散)된 금속분말 농도를 측정하는 농도측정기와; 상기 챔버 내부에서 금속분말을 이송하는 분말이송유닛과; 상기 챔버 내부에 불활성가스를 분사하여 응집된 금속분말을 강제 비산하고, 상기 챔버 내부에서 비산된 금속분말을 불활성가스와 함께 외부로 순환하며, 필터조립체를 경유시켜 금속분말을 필터링하여 챔버 내부의 잔여 금속분말을 제거하는 잔여분말제거장치를 포함하여 구성되며,
    상기 잔여분말제거장치는,
    기체 유동을 강제하는 펌프와,
    상기 펌프에 의해 유동 강제된 기체가 챔버 내부를 경유하도록 안내하는 기체유로와,
    상기 기체유로 일측에 설치되어 기체에 포함된 잔여분말을 필터링하는 필터조립체와,
    상기 기체유로 및 필터조립체 일측에서 진동을 발생하여 잔여분말의 응집을 제한하는 진동발생기와,
    상기 기체유로 및 챔버 내부와 연통하여 불활성 가스를 공급하는 가스공급유로와,
    상기 챔버 내부에 위치하고 기체유로와 연통하여 불활성 가스를 챔버 내부에 분사함으로써 잔여분말을 비산시키는 비산유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 필터조립체는,
    외측에서 내측 방향으로 불활성가스의 유로를 형성하여 잔여분말을 필터링하는 필터와,
    상기 필터를 수용한 상태로 공간을 형성하고, 상기 기체유로와 연통하여 불활성가스가 내부로 경유하여 배기되게 하는 필터하우징과,
    상기 필터하우징 일측에서 진동을 발생하여 필터에 응집된 잔여분말이 분리되게 함으로써 필터를 재생하는 재생용진동발생기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 필터하우징 내부에는,
    상기 재생용진동발생기에 의해 필터로부터 분리되어 낙하된 잔여분말을 수집하기 위한 분말수집공간이 구비됨을 특징으로 하는 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 비산유닛은 다수의 노즐을 구비하며 불활성가스의 분사 방향을 가변하는 것을 특징으로 하는 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 잔여분말제거장치는,
    상기 농도측정기와 연동하여 동작하거나 정지하는 것을 특징으로 하는 잔여분말제거장치를 구비한 3D프린터.
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