KR20190130192A

KR20190130192A - 조형공간이 가변되는 3d프린터

Info

Publication number: KR20190130192A
Application number: KR1020180045001A
Authority: KR
Inventors: 박홍석; 선 웬딘
Original assignee: 울산대학교 산학협력단
Priority date: 2018-04-18
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2019-11-22
Also published as: KR102088564B1

Abstract

본 발명은 프린팅될 제품의 크기에 대응하여 소재인 금속분말이 수용되는 수용공간 및 제품이 출력되는 조형공간이 가변되어, 소재의 낭비를 줄일 수 있고, 프린팅될 제품의 크기에 대응하여 소재의 수용공간 및 조형공간이 가변되므로, 제품 프린팅에 소모되는 시간을 단축할 수 있으며, 재활용되는 소재를 최소화하여 향상 동일한 인쇄품질을 유지할 수 있도록 한 조형공간이 가변되는 3D프린터를 제공한다.

Description

조형공간이 가변되는 3D프린터{3D print with variable printing space}

본 발명은 에스엘멤(SLM: Selective Laser Melting) 타입 3D프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프린팅될 제품의 크기에 대응하여 소재인 금속분말이 수용되는 수용공간 및 제품이 프린팅되는 조형공간이 가변되어, 소재의 낭비를 줄이는 조형공간이 가변되는 3D프린터에 관한 것이다.

3D 프린터는 특정 재료를 2차원 프린터와 같이 출력하여 적층 함으로써 3차원의 입체물을 인쇄하는 장치이며, 목합 제작방식, CNC 밀링 등에 비하여 복잡한 형상의 입체물을 제작하기에 매우 용이한 장점이 있다.

3D 프린터는 디지털화된 도면 정보를 바탕으로 제작하고자 하는 대상물을 간편하게 가공할 수 있기에 의학, 산업, 생활 등 다양한 분야에서 활발히 사용되고 있다.

3D 프린터가 도입되면서 제조업에서는 시제품을 개발을 위한 금형 제작 등을 생략함으로써 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있게 되었고, 주문량에 제한을 두지 않고 다 품종 소량 생산이 가능해졌으며, 제품의 시장 출시기간을 조절할 수 있게 되었고, 시장에 출시하여 실패하는 위험이 크게 줄어 들었으며, 특별한 기술 없이도 복잡한 형태의 제품을 제작하는 것이 가능하게 되었다.

이러한 3D 프린터는 제품 성형방식에 따라 재료압출방식, 광중합방식, 분말적층용융방식, 고에너지 직접조사방식 등으로 나누어지며, 각 방식에 따라 적용되는 기술 및 장치, 재료가 달라진다.

최근에는 3D 프린터 관련 기술이 급속도로 발전함에 따라 종래의 플라스틱 입체물이 아닌 금속 또는 세라믹 재질의 입체물을 인쇄하는 것이 가능해졌으며, 이와 관련된 기술로서 분말적층용융방식 중 선택적 레이저 용융(SLM ; Selective Laser Melting) 방식이 주목받고 있다.

선택적 레이저 용융 방식은 분말 형태의 재료를 도포한 후 레이저를 재료에 선택적으로 조사(照射)하여 금속분말을 용융시키고, 다시 분말 재료를 한층 도포한 후 레이저를 조사하는 과정을 반복함으로써 인쇄하고자 하는 3D 입체 제품을 프린팅한다.

이러한 선택적 레이저 용융 방식은 금속 또는 세라믹과 같은 분말을 수 ㎛ ~ 수십 ㎛의 두께로 한층, 한층 도포하는 과정을 포함하게 되는데, 이때 블레이드를 일방향으로 이동시켜 소재를 작업대인 베드(bed)에 공급 도포한 후, 평탄하게 도포하는 과정을 실시하게 된다.

이렇게 소재를 평탄하게 만드는 과정은 선택적 레이저 용융 방식에서 매우 중요한 기술이며, 소재가 분포되어 있는 상태에 따라 최종 결과물의 수평도에 따른정밀도가 달라지게 될 수 있다.

그리고 제품의 프린팅은 제품을 포함하는 입방체의 부피와 동일한 분량의 소재를 필요로 하는데, 프린팅이 완료되면, 용융되지 않은 나머지 소재는 다음 제품을 프린팅하기 위해 재활용됩니다.

그러나 일부 소재는 그 성질이 시간이 경과됨에 따라 조금씩 변경되는 경우도 있는데, 이 때문에 재활용되는 소재가 포함된 제품은 소재의 특성이 동일하지 않는 문제점이 발생하였다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 공개특허 제10-2016-0119684호(2016.10.14)에서는 프린트 작업공간을 가변 형성하는 챔버 형성부와, 상기 프린트 작업공간에 성형 분말을 공급하는 분말 공급부, 및 상기 프린트 작업공간에 공급된 성형 분말을 소결하여 프린트하는 적어도 하나의 프린트 헤드를 포함하는 분말 소결형 프린팅 장치를 제공하였으나, 이러한 종래의 기술은 프린팅 장치가 복잡해지고, 종래의 가용 프린터에 적용하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 프린팅될 제품의 크기에 대응하여 소재인 금속분말이 수용되는 수용공간 및 제품이 출력되는 조형공간이 가변되어, 소재의 낭비를 줄일 수 있고, 프린팅될 제품의 크기에 대응하여 소재의 수용공간 및 조형공간이 가변되므로, 제품 프린팅에 소모되는 시간을 단축할 수 있으며, 재활용되는 소재를 최소화하여 향상 동일한 인쇄품질을 유지할 수 있도록 한 조형공간이 가변되는 3D프린터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 조형공간이 가변되는 3D프린터는 소재인 금속분말을 내부 수용공간에 수용하는 소재수용부와, 상기 소재수용부의 수용공간 내부에 구비되어 바닥을 이루고, 선택적으로 상기 수용공간의 상, 하 방향으로 따라 승강하는 승강바닥판과, 상기 소재수용부의 일측에 배치되고, 상기 소재수용부에서 이송된 소재가 조형공간에 레이어 상태로 적층되는 소재조형부와, 상기 소재조형부의 조형공간 내부에 구비되어 바닥을 이루고, 선택적으로 상기 조형공간의 상, 하 방향으로 따라 승강하는 작업대와, 상기 소재수용부 및 소재조형부 상측에 배치되고, 상기 소재수용부와 소재조형부를 왕복 이동하면서 상기 소재수용부의 소재를 소재조형부로 이송시키는 스크래퍼와, 상기 소재조형부의 상부에 배치되고, 상기 소재조형부에서 레이어 별로 적층된 소재에 레이저를 조사하여 소재를 레이어별로 연속반복 소결시키는 레이저조사부, 및 상기 소재조형부에 구비되고, 출력되는 제품의 규모에 따라 상기 소재조형부의 조형공간을 가변하는 제1공간가변부재를 포함한다.

이때 본 발명에 따른 상기 제1공간가변부재는 상기 소재조형부 상부의 좌, 우측 주변에 지지되면서, 그 주변의 길이방향을 따라 이동하는 제1탑바와, 상기 제1탑바의 하측에 구비되고, 선택적으로 상기 제1탑바를 따라 이동하면서 상기 소재조형부의 조형공간에서 전개되어 벽체를 이루는 제1가변벽체를 포함한다.

그리고 본 발명에 따른 상기 제1가변벽체는 복수 개가 전, 후로 서로 면접하게 결합되어 접철된 상태를 이루고, 선택적으로 상, 하 방향을 따라 연결된 상태로 전개되는 제1슬라이딩플레이트와, 복수 개의 상기 제1슬라이딩플레이트 중 최하단에 위치하는 제1슬라이딩플레이트와 연결되고, 상기 소재조형부 바닥면의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동하는 제1하단플레이트를 포함한다.

여기서 본 발명에 따른 상기 제1슬라이딩플레이트는 그 타측면에 수직 방향으로 수직가이드홈이 형성되고, 대향진 일측면에는 상기 수직가이드홈에 결합되는 가이드핀이 형성되어, 복수 개 중 전방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트의 수직가이드홈에 후방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트의 가이드핀이 결합되어, 복수 개의 제1슬라이딩플레이트가 서로 접철된 상태로 연결되고, 복수 개 중 전방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트의 상기 수직가이드홈을 따라 후방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트의 가이드핀이 슬라이딩 이동하여 복수 개의 제1슬라이딩플레이트가 상기 수용공간 내에서 상, 하 방향을 따라 연결된 상태로 슬라이딩 전개되어 벽체를 이루며, 상기 제1슬라이딩플레이트 일측면의 하단에는 스톱퍼를 형성하고, 상기 스톱퍼의 주변에 상기 스톱퍼가 대응하여 수용되는 핀홈이 형성되어, 상기 복수 개의 제1슬라이딩플레이트가 전개 상태에서 접철될 시, 복수 개 중 전방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트의 수직가이드홈에서 후방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트의 가이드핀이 이탈하지 않도록 단속한다.

그리고 본 발명에 따른 조형공간이 가변되는 3D프린터는 상기 소재수용부에 구비되고, 출력되는 제품의 규모에 따라 상기 소재수용부의 수용공간을 가변하는 제2공간가변부재를 더 포함할 수 있다.

이때 본 발명에 따른 상기 제2공간가변부재는 상기 소재수용부 상부의 좌, 우측 주변에 지지되면서, 그 주변의 길이방향을 따라 이동하는 제2탑바와, 상기 제2탑바의 하측에 구비되고, 선택적으로 상기 제2탑바를 따라 이동하면서 상기 소재수용부의 수용공간에 전개되어 벽체를 이루는 제2가변벽체를 포함한다.

그리고 본 발명에 따른 상기 제2가변벽체는 복수 개가 전, 후로 서로 면접하게 결합되어 접철된 상태를 이루고, 선택적으로 상, 하 방향을 따라 연결된 상태로 전개되는 제2슬라이딩플레이트와, 복수 개의 상기 제2슬라이딩플레이트 중 최하단에 위치하는 제2슬라이딩플레이트와 연결되고, 상기 소재수용부 바닥면의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동하는 제2하단플레이트를 포함한다.

여기서 본 발명에 따른 상기 제2슬라이딩플레이트는 그 일측면에 수직 방향으로 수직가이드홈이 형성되고, 대향진 타측면에는 상기 수직가이드홈에 결합되는 가이드핀이 형성되어, 복수 개 중 후방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트의 수직가이드홈에 전방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트의 가이드핀이 결합되어, 복수 개의 제2슬라이딩플레이트가 서로 접철된 상태로 연결되고, 복수 개 중 후방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트의 상기 수직가이드홈을 따라 전방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트의 가이드핀이 슬라이딩 이동하여 복수 개의 제2슬라이딩플레이트가 상기 수용공간 내에서 상, 하 방향을 따라 연결된 상태로 슬라이딩 전개되어 벽체를 이루며, 상기 제2슬라이딩플레이트 타측면의 하단에는 스톱퍼를 형성하고, 상기 스톱퍼의 주변에 상기 스톱퍼가 대응하여 수용되는 핀홈이 형성되어, 상기 복수 개의 제2슬라이딩플레이트가 전개 상태에서 접철될 시, 복수 개 중 후방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트의 수직가이드홈에서 전방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트의 가이드핀이 이탈하지 않도록 단속한다.

더불어 본 발명에 따른 상기 제1공간가변부재는 상기 제2공간가변부재의 이동거리만큼 대응하여 대칭으로 이동하여 조형공간을 가변한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 소재수용부의 수용공간과, 상기 소재조형부의 조형공간의 모양은 서로 대칭을 이루는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 상기 소재조형부의 전방에 배치되고, 상기 소재조형부에서 레이어 별로 도포되고 남은 소재가 이송되어 회수되는 소재회수부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 조형공간이 가변되는 3D프린터는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 프린팅될 제품의 크기에 대응하여 소재인 금속분말이 수용되는 수용공간 및 제품이 출력되는 조형공간이 가변되어, 소재의 낭비를 줄이는 효과를 가진다.

둘째, 프린팅될 제품의 크기에 대응하여 소재의 수용공간 및 조형공간이 가변되므로, 제품 프린팅에 소모되는 시간을 단축할 수 있는 효과를 가진다.

셋째, 재활용되는 소재를 최소화하여 향상 동일한 인쇄품질을 유지할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조형공간이 가변되는 3D프린터의 구성을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 조형공간 및 수용공간 공간가변부재가 구비된 상태를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수용공간에 소재를 수용하기 위해 제2가변벽체가 전개된 상태를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 조형공간에 제품이 프린팅되어 제1가변벽체가 전개된 상태를 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1공간가변부재 및 제2공간가변부재의 일측면을 보인 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직가이드홈 및 가이드핀을 보인 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1공간가변부재 및 제2공간가변부재의 타측면을 보인 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 핀홈 및 스톱퍼를 보인 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따라 소재회수부가 더 구비된 상태를 보인 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 프린팅될 제품의 크기에 대응하여 소재인 금속분말이 수용되는 수용공간 및 제품이 출력되는 조형공간이 가변되어, 소재의 낭비를 줄이는 조형공간이 가변되는 에스엘엠(SLM: Selective Laser Melting) 타입 3D프린터에 관한 것으로, 도면을 참조하여 더욱 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

도 1 및 도 2를 참조한 본 발명의 일 실시 예에 따른 조형공간이 가변되는 3D프린터는 본체(100) 내부에 격벽(101)으로 소재수용부(110), 소재조형부(120)로 구획된다.

이때 상기 소재수용부(110)는 소재인 금속분말을 수용하는 것으로, 내부에는 상기 소재를 수용하기 위한 수용공간(111)이 형성되고, 상기 수용공간(111)의 내부에는 상기 수용공간(111)의 바닥면을 이루면서, 상기 수용공간(111)의 상하방향을 따라 승강하는 승강바닥판(112)이 구비된다.

여기서 상기 승강바닥판(112)은 판 상으로 상기 수용공간(111)의 수평면적과 상응하는 형상으로 형성되고, 상기 승강바닥판(112)의 외주면에는 상기 수용공간(111)의 내측면과, 상기 승강바닥판(112)의 외주면 간을 밀폐하는 오링(113)이 구비되어, 소재인 금속분말이 외부로 세지 않도록 밀폐한다.

그리고 상기 승강바닥판(112)의 하부에는 선택적으로 길이를 신축하여 상기 승강바닥판(112)을 승강시키는 승강대(114)가 구비된다.

상기 승강대(114)는 최초 금속분말인 소재가 상기 수용공간(111)에 해당 량으로 수용될 수 있도록 길이가 축소되어, 상기 수용공간(111) 내부에 구비된 상기 승강바닥판(112)을 하강시켜 상기 수용공간(111)이 충분히 확보되도록 한다.

또한, 상기 승강대(114)는 제품을 프린팅으로 실시할 시, 상기 승강대(114)가 상기 승강바닥판(112)을 일정 높이만큼 순차적으로 상승시켜, 상기 수용공간(111)의 상측을 통해 수용공간(111) 내부에 수용된 소재의 일정량이 순차적으로 연속반복 공급되도록 한다.

그리고 상기 소재수용부(110)의 일측에는 상기 소재조형부(120)가 배치되는데, 상기 소재조형부(120)는 상기 소재수용부(110)에서 연속반복 이송된 소재가 레이어 상태로 연속반복 도포된다.

이때 상기 소재수용부(110) 및 소재조형부(120)는 격벽(101)으로 구획되고, 상기 소재조형부(120) 역시, 그 내부에는 상기 소재수용부(110)에서 연속반복 이송된 소재가 레이어 상태로 연속반복 수용되는 조형공간(121)이 형성되는데, 상기 조형공간(121)에는 작업대(122)가 구비된다.

여기서 상기 작업대(122)의 상면에는 분리 가능한 탈부착판(123)이 구비되어, 제품 프린팅 전 상기 작업대(122)의 상면에 탈부착판(123)을 안착한 후, 제품 프린팅이 완료되면 상기 작업대(122)에서 제품과 함께 탈부착판(123)을 분리하여, 상기 작업대에서 제품의 인출이 용이하게 한다.

또한 상기 작업대(122)는 판 상으로 상기 작업대(122)는 상기 조형공간(121)의 수평면적과 상응하는 형상으로 형성되고, 상기 작업대(122)의 외주면에는 상기 조형공간(121)의 내측면과, 상기 작업대(122)의 외주면 간을 밀폐하는 오링이 구비되어, 소재인 금속분말이 외부로 세지 않도록 밀폐한다.

그리고 상기 작업대(122)의 하부에는 선택적으로 길이를 신축하여 상기 승강바닥판(112)을 승강시키는 승강대(124)가 구비된다.

상기 승강대(124)는 조형공간(121)에 레이어 상태로 도포되는 소재의 유입에 따라 순차적으로 상기 작업대(122)를 하강시켜 상기 조형공간(111)이 충분히 확보되도록 한다.

이때 상기 작업대(122)는 상기 소재조형부(120)의 조형공간(121) 내부에서 상기 승강바닥판(112)과 반비례하여 상, 하 방향을 따라 하강한다.

그리고 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 소재조형부(120)도 제1공간가변부재(200)가 구비되는데, 도 5 내지 도 8을 참조한 상기 제1공간가변부재(200)는 출력되는 제품의 규모에 따라 상기 소재조형부(120)의 조형공간(121)을 따라 이동 전개되어 상기 소재조형부(120)의 조형공간(121)을 가변한다.

여기서 상기 제1공간가변부재(200)를 보다 상세하게 살펴보면, 상기 제1공간가변부재(200)는 상기 소재조형부(120) 상부의 좌, 우측 주변에 지지되는 제1탑바(210)가 포함되어, 상기 제1탑바(210)에 의해 상기 제1공간가변부재(200)의 상부가 상기 소재조형부(120)의 상부에서 조형공간(121)의 전, 후 길이방향을 따라 이동한다.

이때 상기 소재조형부(120) 상부의 좌, 우측 주변에는 각각 단면이 '┻'형태인 안내장공(201)이 전, 후 길이방향을 따라 서로 평행하게 형성되고, 상기 안내장공(201)의 내부에는 상기 안내장공(201)을 따라 이동하는 슬라이딩부재(202)가 내장된다.

여기서 상기 안내장공(201)의 주변에는 이동거리를 측정할 수 있는 눈금이 형성되는 것이 바람직하고, 상기 안내장공(201)의 전방에는 상기 슬라이딩부재(202)가 안내장공(201)으로 출입할 수 있도록 개구부를 형성하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 슬라이딩부재(202)는 상기 제1탑바(210)의 좌, 우측에 각각 결합되어, 상기 제1탑바(210)가 상기 소재조형부(120)의 상부에서 수용공간(111)의 전, 후 길이방향을 따라 이동 시, 상기 안내장공(201)을 따라 슬라이딩 이동하면서 상기 제1탑바(210)의 이동을 안내한다.

또한, 상기 제1탑바(210)의 하측에는 제1가변벽체(220)가 결합되는데, 상기 제1가변벽체(220)는 선택적으로 상기 소재조형부(120)의 조형공간(121)에서 전개되어 벽체를 이룬다.

이때 상기 제1가변벽체(220)를 보다 상세하게 살펴보면 상기 제1가변벽체(220)는 상기 소재조형부(120)의 조형공간(121) 좌, 우 너비와 길이가 대응하는 복수 개의 제1슬라이딩플레이트(221)가 전, 후로 서로 면접하여 결합되어 선택적으로 서로의 면을 따라 상, 하 방향으로 슬라이딩 전개되어 상기 조형공간(121)에서 벽체를 이룬다.

여기서 복수 개의 제1슬라이딩플레이트(221) 각각은 그 타측면에 수직 방향으로 수직가이드홈(222)이 형성되고, 일측면에는 상기 수직가이드홈(222)에 결합되어, 상기 수직가이드홈(222)을 따라 슬라이딩 이동하는 가이드핀(223)이 형성되어, 상기 제1슬라이딩플레이트(221) 복수 개 중, 전방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트(221)의 수직가이드홈(222)에 후방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트(221)의 가이드핀(223)이 결합되어, 복수 개의 제1슬라이딩플레이트(221)가 서로 접철된 상태로 연결된다.

따라서 제1슬라이딩플레이트(221) 복수 개 중, 전방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트(221)의 상기 수직가이드홈(222)을 따라 후방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트(221)의 가이드핀(223)이 슬라이딩 이동하여 복수 개의 제1슬라이딩플레이트(221)가 상기 조형공간(121) 내에서 상, 하 방향을 따라 연결된 상태로 슬라이딩 전개되는 제1가변벽체(220)를 이룬다.

그리고 상기 제1슬라이딩플레이트(221) 타측면의 하단에는 스톱퍼(224)가 형성되고, 상기 스톱퍼(224)의 주변에는 상기 스톱퍼(224)가 대응하여 수용되는 핀홈(225)이 형성되어, 상기 복수 개의 제1슬라이딩플레이트(221)가 전개 상태에서 접철될 시, 복수 개 중 전방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트(221)의 수직가이드홈(222)에서 후방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트(221)의 가이드핀(223)이 이탈하지 않도록 단속한다.

또한, 복수 개의 제1슬라이딩플레이트(221) 중 최하단에 위치하는 제1슬라이딩플레이트(221)에는 제1하단플레이트(226)가 결합되는데, 상기 제1하단플레이트(226)는 상기 소재조형부(120)의 바닥면을 이루는 작업대(150)의 길이방향을 따라 이동한다.

이때 상기 작업대(150)에는 상기 소재조형부(120) 상부의 좌, 우측 주변과 같이 단면이 '┻'형태인 안내장공(201)이 전, 후 길이방향을 따라 형성되고, 상기 작업대(150)의 안내장공(201) 내부에도 상기 안내장공(201)을 따라 이동하는 슬라이딩부재(202)가 내장된다.

그리고 상기 슬라이딩부재(202)는 상기 제1하단플레이트(226)에 결합되어, 상기 제1하단플레이트(226)가 상기 조형공간(121)의 전, 후 길이방향을 따라 이동 시, 상기 안내장공(201)을 따라 슬라이딩 이동하면서 상기 제1하단플레이트(226)의 이동을 안내한다.

따라서 상기한 구성에 의해 본 발명의 일 실시 예에 따른 소재조형부(120)는 출력될 제품의 규모에 따라 제품이 조형될 조형공간(121)을 산출한 후, 산출된 조형공간(121)의 크기를 바탕으로 그에 해당하는 위치로 상기 제1공간가변부재(200)의 제1탑바(210)와 제1하단플레이트(226)가 안내장공(201)을 따라 최전방에서 후방으로 이동한 후, 상기 소재조형부(120)의 작업대(122)가 승강대(124)의 길이 축소로 조형공간(121)이 확보되면서 제1탑바(210)의 하부에 결합된 제1가변벽체(220)의 제1슬라이딩플레이트(221)들이 전개되어 벽체를 이루어 출력될 제품의 규모에 따라 소재를 수용할 조형공간(121)이 가변 형성된다.

여기서 상기 소재수용부(110)의 수용공간(111)과, 상기 소재조형부(120)의 조형공간(121)의 모양은 서로 대칭을 이루는 것이 바람직하고, 상기한 구성에 의해 소재를 공급 및 도포하는 스크래퍼(140)의 이동 거리가 조형될 제품의 규모에 대응하여 짧아질 수 있어, 제품을 출력하는 소모시간이 단축될 수 있으며, 소재의 평탄화가 용이하여 고품질의 제품을 출력할 수 있다.

그리고 상기 소재수용부(110)의 상측 후방에는 스크래퍼(140)가 배치되는데, 상기 스크래퍼(140)는 상기 소재수용부(110)에서 소재조형부(120) 순으로 이동하면서 상기 소재수용부(110)에 수용된 소재의 일정량을 소재조형부(120)로 이송하면서 상기 소재조형부(120)의 작업대(200) 상에 레이어 상태로 소재를 도포하고, 이때 상기 스크래퍼(140)는 레이어 별로 연속반복 적층될 수 있도록, 상기 소재수용부(110)에서 소재조형부(120) 순으로 연속반복 이동하면서 소재 공급 및 도포를 연속반복 실시한다.

또한, 상기 소재조형부(120)의 상측에는 레이저조사부(150)가 배치되는데, 상기 레이저조사부(150)는 상기 소재조형부(120)에서 레이어를 이루는 소재에 레이저를 선택적으로 X, Y축 선상으로 연속반복 조사하여 소재를 층별로 연속반복 소결시켜 3D 제품이 프린팅되도록 한다.

그리고 도 2 내지 도 4를 참조한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 소재수용부(110)에는 제2공간가변부재(300)가 구비되는데, 상기 제2공간가변부재(300)는 출력되는 제품의 규모에 따라 상기 소재수용부(110)의 수용공간(111)을 따라 이동 전개되어 상기 소재수용부(110)의 수용공간(111)을 가변한다.

여기서 상기 제2공간가변부재(300)를 보다 상세하게 살펴보면, 도 5 내지 도 8을 참조한 상기 제2공간가변부재(300)는 상기 소재수용부(110) 상부의 좌, 우측 주변에 지지되는 제2탑바(310)가 포함되어, 상기 제2탑바(310)에 의해 상기 제2공간가변부재(300)의 상부가 상기 소재수용부(110)이 상부에서 수용공간(111)의 전, 후 길이방향을 따라 이동한다.

이때 상기 소재수용부(110) 상부의 좌, 우측 주변에는 각각 단면이 '┻'형태인 안내장공(301)이 전, 후 길이방향을 따라 서로 평행하게 형성되고, 상기 안내장공(301)의 내부에는 상기 안내장공(301)을 따라 이동하는 슬라이딩부재(302)가 내장된다.

여기서 상기 안내장공(301)의 주변에는 이동거리를 측정할 수 있는 눈금이 형성되는 것이 바람직하고, 상기 안내장공(301)의 전방에는 상기 슬라이딩부재(302)가 안내장공(301)으로 출입할 수 있도록 개구부를 형성하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 슬라이딩부재(302)는 상기 제2탑바(310)의 좌, 우측에 각각 결합되어, 상기 제2탑바(310)가 상기 소재수용부(110)의 상부에서 수용공간(111)의 전, 후 길이방향을 따라 이동할 시, 상기 안내장공(301)을 따라 슬라이딩 이동하면서 상기 제2탑바(310)의 이동을 안내한다.

또한, 상기 제2탑바(210)의 하측에는 제2가변벽체(320)가 결합되는데, 상기 제2가변벽체(320)는 선택적으로 상기 소재수용부(110)의 수용공간(111)에서 전개되어 벽체를 이룬다.

이때 상기 제2가변벽체(320)를 보다 상세하게 살펴보면 상기 제2가변벽체(320)는 상기 소재수용부(110)의 수용공간(111) 좌, 우 너비와 대응하는 길이를 갖는 복수 개의 제2슬라이딩플레이트(321)가 전, 후로 서로 면접하면서 접철된 상태로 연결되고, 접철된 상태에서 선택적으로 서로의 면을 따라 상, 하 방향으로 슬라이딩 전개되어 상기 수용공간(111)에서 벽체를 이룬다.

여기서 복수 개의 제2슬라이딩플레이트(321) 각각은 그 일측면에 수직 방향으로 수직가이드홈(322)이 형성되고, 타측면에는 상기 수직가이드홈(322)에 결합되며, 상기 수직가이드홈(322)을 따라 슬라이딩 이동하는 가이드핀(323)이 형성되어, 상기 제2슬라이딩플레이트(321) 복수 개 중 후방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트(321)의 수직가이드홈(322)에 전방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트(321)의 가이드핀(323)이 결합되어, 복수 개의 제2슬라이딩플레이트(321)가 서로 접철된 상태로 연결된다.

따라서 제2슬라이딩플레이트(321) 복수 개 중 후방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트(321)의 상기 수직가이드홈(322)을 따라 전방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트(321)의 가이드핀(323)이 슬라이딩 이동하여 복수 개의 제2슬라이딩플레이트(321)가 상기 수용공간(110) 내에서 상, 하 방향을 따라 연결된 상태로 슬라이딩 전개되는 제2가변벽체(320)를 이룬다.

그리고 상기 제2슬라이딩플레이트(321) 타측면의 하단에는 스톱퍼(324)를 형성하고, 상기 스톱퍼(324)의 주변에 상기 스톱퍼(324)가 대응하여 수용되는 핀홈(325)이 형성되어, 상기 복수 개의 제2슬라이딩플레이트(321)가 전개 상태에서 접철될 시, 복수 개 중 후방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트(321)의 수직가이드홈(322)에서 전방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트(321)의 가이드핀(323)이 이탈하지 않도록 단속한다.

또한, 복수 개의 제2슬라이딩플레이트(321) 중 최하단에 위치하는 제2슬라이딩플레이트(321)에는 제2하단플레이트(326)가 결합되는데, 상기 제2하단플레이트(326)는 상기 소재수용부(110)의 바닥면을 이루는 승강바닥판(112)의 길이방향을 따라 이동한다.

이때 상기 승강바닥판(112)에는 상기 소재수용부(110) 상부의 좌, 우측 주변과 같이 단면이 '┻'형태인 안내장공(301)이 전, 후 길이방향을 따라 형성되고, 상기 승강바닥판(112)의 안내장공(301) 내부에도 상기 안내장공(301)을 따라 이동하는 슬라이딩부재(302)가 내장된다.

그리고 상기 슬라이딩부재(302)는 상기 제2하단플레이트(326)에 결합되어, 상기 제1하단플레이트(326)가 상기 수용공간(111)의 전, 후 길이방향을 따라 이동 시, 상기 안내장공(301)을 따라 슬라이딩 이동하면서 상기 제2하단플레이트(326)의 이동을 안내한다.

따라서 상기한 구성에 의해 본 발명의 일 실시 예에 따른 소재수용부(110)는 출력될 제품의 규모에 따라 소재를 수용할 수용공간(111)을 산출한 후, 산출된 수용공간(111)의 규모를 바탕으로 그에 해당하는 위치로 상기 제2공간가변부재(300)가 이동한 후, 전개되어 수용공간(111)의 벽체가 이루어져 출력될 제품의 규모에 따라 수용공간(111)이 가변되고, 가변된 상기한 수용공간(111)에 소재가 충진된다.

이때 상기 제2공간가변부재(300)의 제2탑바(310)와 제2하단플레이트(326)가 안내장공(301)을 따라 최후방에서 전방으로 이동한 후, 상기 소재수용부(110)의 승강바닥판(112)이 승강대(114)의 길이 축소로 하강하게 되면, 상기 제2탑바(310)의 하부에 결합된 제2가변벽체(320)의 제2슬라이딩플레이트(321)들이 하향으로 전개되어 벽체가 이루어져 수용공간(111)이 형성된다.

여기서, 상기 제1공간가변부재(200)는 상기 제2공간가변부재(300)의 이동거리만큼 대응하여 대칭으로 이동하여 조형공간(121)을 가변할 수도 있다.

이때 상기 제1공간가변부재(200) 및 제2공간가변부재(300)에는 리니어모터 또는 이송스크류와 같은 이송수단으로 구비하여, 상기 제1공간가변부재(200)의 이동거리만큼 대응하여 상기 제2공간가변부재(300)의 이동거리를 제어할 수 있다.

그리고 상기 제1가변벽체(220) 및 제2가변벽체(320)는 복수 개의 제1슬라이딩플레이트(226) 및 제2슬라이딩플레이트(326)들을 서로 면접하면서 연결되어, 선택적으로 면을 따라 슬라이딩 전개되어 벽체를 구성하는 것을 중심으로 설명하나, 이에 한정하지 않고 상, 하 방향으로 신축되는 탄성 박막을 이용하거나, 접철 가능하게 복수 개의 플레이트가 지그재그로 연결된 것을 채용할 수 있다.

또한, 도 9를 참조하면 상기한 구성의 상기 소재조형부(120)의 일측에는 소재회수부(130)가 배치될 수 있는데, 상기 소재회수부(130)는 상기 소재조형부(120)에서 레이어 별로 도포되고 남은 소재가 연속반복 이송되어 회수된다.

상기 소재회수부(130)에는 소재가 유도되는 가이드 호퍼가 구비되고, 상기 가이드 호퍼의 하부에는 회수된 소재가 수집되는 회수박스가 구비되고, 상기 소재조형부(120)의 전방에 소재회수부(130)가 구비될 경우, 상기 스크래퍼(140)는 상기 소재조형부(120)의 작업대(200) 상에 레이어 상태로 도포되고 남은 소재를 소재회수부(130) 순으로 이송한다.

더불어 상기 소재조형부(120)의 전방에는 소재회수부(130)가 배치될 시, 상기 제1탑바(210)의 상면에서 전방 측으로 가림판이 연장형성되어, 제1공간가변부재(200)의 후방 이동에 의해 상기 제1탑바(210)가 후방 이동하면서 상기 조형공간(121) 중 상기 수용공간(111)에 대응하여 채택되지 않고, 남은 여분의 조형공간(121)의 상면을 가림으로써, 상기 소재회수부(130)로 이동하는 소재가 여분의 조형공간(121)으로 낙하하지 않고 소재회수부(130)로 이동할 수 있도록 할 수도 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 본체 101: 격벽
110: 소재수용부 111: 수용공간
112: 승강바닥판 113: 오링
114, 124: 승강대 120: 소재조형부
121: 조형공간 122: 작업대
123: 탈부착판 130: 소재회수부
140: 스크래퍼 150: 레이저조사부
200: 제1공간가변부재 201, 301: 안내장공
202, 302: 슬라이딩부재 210: 제1탑바
220: 제1가변벽체 221: 제1슬라이딩플레이트
222, 322: 수직가이드홈 223, 323: 가이드핀
224, 324: 스톱퍼 225, 325: 핀홈
226: 제1하단플레이트 300: 제2공간가변부재
310: 제2탑바 320: 제2가변벽체
321: 제2슬라이딩플레이트 326: 제2하단플레이트

Claims

소재인 금속분말을 내부 수용공간에 수용하는 소재수용부;
상기 소재수용부의 수용공간 내부에 구비되어 바닥을 이루고, 선택적으로 상기 수용공간의 상, 하 방향으로 따라 승강하는 승강바닥판;
상기 소재수용부의 일측에 배치되고, 상기 소재수용부에서 이송된 소재가 조형공간에 레이어 상태로 적층되는 소재조형부;
상기 소재조형부의 조형공간 내부에 구비되어 바닥을 이루고, 선택적으로 상기 조형공간의 상, 하 방향으로 따라 승강하는 작업대;
상기 소재수용부 및 소재조형부 상측에 배치되고, 상기 소재수용부와 소재조형부를 왕복 이동하면서 상기 소재수용부의 소재를 소재조형부로 이송시키는 스크래퍼;
상기 소재조형부의 상부에 배치되고, 상기 소재조형부에서 레이어 별로 적층된 소재에 레이저를 조사하여 소재를 레이어별로 연속반복 소결시키는 레이저조사부; 및
상기 소재조형부에 구비되고, 출력되는 제품의 규모에 따라 상기 소재조형부의 조형공간을 가변하는 제1공간가변부재를 포함하는 조형공간이 가변되는 3D프린터.
청구항 1에 있어서,
상기 제1공간가변부재는
상기 소재조형부 상부의 좌, 우측 주변에 지지되면서, 그 주변의 길이방향을 따라 이동하는 제1탑바와;
상기 제1탑바의 하측에 구비되고, 선택적으로 상기 제1탑바를 따라 이동하면서 상기 소재조형부의 조형공간에서 전개되어 벽체를 이루는 제1가변벽체를 포함하는 조형공간이 가변되는 3D프린터.
청구항 2에 있어서,
상기 제1가변벽체는
복수 개가 전, 후로 서로 면접하게 결합되어 접철된 상태를 이루고, 선택적으로 상, 하 방향을 따라 연결된 상태로 전개되는 제1슬라이딩플레이트와;
복수 개의 상기 제1슬라이딩플레이트 중 최하단에 위치하는 제1슬라이딩플레이트와 연결되고, 상기 소재조형부 바닥면의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동하는 제1하단플레이트를 포함하는 조형공간이 가변되는 3D프린터.
청구항 3에 있어서,
상기 제1슬라이딩플레이트는
그 타측면에 수직 방향으로 수직가이드홈이 형성되고, 대향진 일측면에는 상기 수직가이드홈에 결합되는 가이드핀이 형성되어, 복수 개 중 전방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트의 수직가이드홈에 후방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트의 가이드핀이 결합되어, 복수 개의 제1슬라이딩플레이트가 서로 접철된 상태로 연결되고,
복수 개 중 전방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트의 상기 수직가이드홈을 따라 후방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트의 가이드핀이 슬라이딩 이동하여 복수 개의 제1슬라이딩플레이트가 상기 수용공간 내에서 상, 하 방향을 따라 연결된 상태로 슬라이딩 전개되어 벽체를 이루며,
상기 제1슬라이딩플레이트 일측면의 하단에는 스톱퍼를 형성하고, 상기 스톱퍼의 주변에 상기 스톱퍼가 대응하여 수용되는 핀홈이 형성되어, 상기 복수 개의 제1슬라이딩플레이트가 전개 상태에서 접철될 시, 복수 개 중 전방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트의 수직가이드홈에서 후방에 위치하는 제1슬라이딩플레이트의 가이드핀이 이탈하지 않도록 단속하는 조형공간이 가변되는 3D프린터.
청구항 1에 있어서,
상기 소재수용부에 구비되고, 출력되는 제품의 규모에 따라 상기 소재수용부의 수용공간을 가변하는 제2공간가변부재를 포함하는 조형공간이 가변되는 3D프린터.
청구항 5에 있어서,
상기 제2공간가변부재는
상기 소재수용부 상부의 좌, 우측 주변에 지지되면서, 그 주변의 길이방향을 따라 이동하는 제2탑바와;
상기 제2탑바의 하측에 구비되고, 선택적으로 상기 제2탑바를 따라 이동하면서 상기 소재수용부의 수용공간에 전개되어 벽체를 이루는 제2가변벽체를 포함하는 조형공간이 가변되는 3D프린터.
청구항 6에 있어서,
상기 제2가변벽체는
복수 개가 전, 후로 서로 면접하게 결합되어 접철된 상태를 이루고, 선택적으로 상, 하 방향을 따라 연결된 상태로 전개되는 제2슬라이딩플레이트와;
복수 개의 상기 제2슬라이딩플레이트 중 최하단에 위치하는 제2슬라이딩플레이트와 연결되고, 상기 소재수용부 바닥면의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동하는 제2하단플레이트를 포함하는 조형공간이 가변되는 3D프린터.
청구항 7에 있어서,
상기 제2슬라이딩플레이트는
그 일측면에 수직 방향으로 수직가이드홈이 형성되고, 대향진 타측면에는 상기 수직가이드홈에 결합되는 가이드핀이 형성되어, 복수 개 중 후방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트의 수직가이드홈에 전방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트의 가이드핀이 결합되어, 복수 개의 제2슬라이딩플레이트가 서로 접철된 상태로 연결되고,
복수 개 중 후방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트의 상기 수직가이드홈을 따라 전방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트의 가이드핀이 슬라이딩 이동하여 복수 개의 제2슬라이딩플레이트가 상기 수용공간 내에서 상, 하 방향을 따라 연결된 상태로 슬라이딩 전개되어 벽체를 이루며,
상기 제2슬라이딩플레이트 타측면의 하단에는 스톱퍼를 형성하고, 상기 스톱퍼의 주변에 상기 스톱퍼가 대응하여 수용되는 핀홈이 형성되어, 상기 복수 개의 제2슬라이딩플레이트가 전개 상태에서 접철될 시, 복수 개 중 후방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트의 수직가이드홈에서 전방에 위치하는 제2슬라이딩플레이트의 가이드핀이 이탈하지 않도록 단속하는 조형공간이 가변되는 3D프린터.
청구항 5에 있어서,
상기 제1공간가변부재는
상기 제2공간가변부재의 이동거리만큼 대응하여 대칭으로 이동하여 조형공간을 가변하는 조형공간이 가변되는 3D프린터.
청구항 5에 있어서,
상기 소재수용부의 수용공간과, 상기 소재조형부의 조형공간의 모양은 서로 대칭을 이루는 조형공간을 가변하는 조형공간이 가변되는 3D프린터.
청구항 1에 있어서,
상기 소재조형부의 전방에 배치되고, 상기 소재조형부에서 레이어 별로 도포되고 남은 소재가 이송되어 회수되는 소재회수부를 포함하는 조형공간을 가변하는 조형공간이 가변되는 3D프린터.