KR101668832B1

KR101668832B1 - Powder mixture extrusion device and method for 3D printing

Info

Publication number: KR101668832B1
Application number: KR1020160079291A
Authority: KR
Inventors: 조영삼; 이세환; 이승재
Original assignee: 원광대학교산학협력단
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2016-10-26
Also published as: KR20160076514A

Abstract

3차원 프린팅을 위한 파우더 혼합물 토출 장치 및 파우더 혼합물 함량 조절이 가능한 공간 조형 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 혼합물 토출 장치는, 재료 공급 유닛으로부터 공급받은 파우더 혼합물을 수용하는 몸체; 상기 몸체의 하부에 결합되며, 입구에서 토출측 끝단으로 갈수록 내경이 작아지는 노즐; 상기 몸체 내에 수용되어 상기 노즐을 향해 상기 파우더 혼합물을 압출하는 압출부; 및 상기 노즐의 토출측 끝단에 설치된 히터를 포함하되, 상기 파우더 혼합물은 복수의 입자가 미리 설정된 함량으로 혼합된 파우더 상태로 공급되며, 비용융 상태로 상기 노즐의 입구에 진입시킨 후 상기 노즐의 토출측 끝단에서 상기 히터의 가열에 의해 상기 복수의 입자 중 하나가 용융 상태가 될 수 있다. Disclosed is a powder mixture discharging device for three-dimensional printing and a space forming device capable of controlling a powder mixture content. According to an embodiment of the present invention, there is provided a powder mixture discharging apparatus comprising: a body for containing a powder mixture supplied from a material supplying unit; A nozzle coupled to a lower portion of the body and having an inner diameter decreasing from an inlet to a discharge end; An extrusion unit accommodated in the body and extruding the powder mixture toward the nozzle; And a heater disposed at a discharge-side end of the nozzle, wherein the powder mixture is supplied in a powder state in which a plurality of particles are mixed in a predetermined amount, and after entering the inlet of the nozzle in a non-fusion state, One of the plurality of particles can be brought into a molten state by the heating of the heater.

Description

3차원 프린팅을 위한 파우더 혼합물 토출 장치 및 파우더 혼합물 함량 조절이 가능한 공간 조형 장치{Powder mixture extrusion device and method for 3D printing}Technical Field [0001] The present invention relates to a powder mixture discharging apparatus for three-dimensional printing and a space forming apparatus capable of controlling a powder mixture amount,

본 발명은 3차원 프린팅을 위한 파우더 혼합물 토출 장치 및 파우더 혼합물 함량 조절이 가능한 공간 조형 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a powder mixture dispensing apparatus for three-dimensional printing and a space forming apparatus capable of controlling a powder mixture content.

빠르게 변화하는 시장의 경향만큼이나 제품의 개발 주기도 짧아지고 있다. 특정 제품 개발 시간을 단축하기 위해 현재 3차원 임의 형상 제작 기술이 주목을 받고 있다. Product development cycles are becoming shorter as well as the trends of rapidly changing markets. In order to shorten the development time of a specific product, a three-dimensional arbitrary shape production technology is attracting attention.

청사진, 도면 등의 2차원 평면 인쇄와 달리 곧바로 입체를 복제할 수 있는 3차원 프린팅 기술은 불과 수시간 정도의 짧은 시간에 제품 모습을 그대로 제작해 낼 수 있어 산업 전반에 걸쳐 기획부터 제품 생산에 이르기까지 많은 변화를 가져올 것으로 기대되고 있다. Unlike 2D printing such as blueprints and drawings, 3D printing technology, which can replicate three-dimensional objects in a short period of time, can be used to produce products in a short period of time. Is expected to bring many changes.

3차원 프린팅 기술은 기존의 평면 프린팅 방식을 개선하여 출력물을 단계별로 쌓아 실제 모양을 만들어 내게 되는데, 의료산업에서는 치아 모형, 수술 전 모의수술 실험용 형상 등에 사용되고 있고, 건설산업에서는 소형 건축물 및 실시간 건축 디자인 형상 제작에 실제로 적용되고 있다. The 3D printing technology improves the existing flat printing method and builds the actual shape by stacking the output step by step. In the medical industry, it is used for tooth model, pre-surgery simulated experimental shape, etc. In the construction industry, And is actually applied to the production of shapes.

3차원 프린팅 기술은 이미 제작한 형상물을 복제하거나, 3차원 컴퓨터 지원 설계(CAD)를 이용해 만든 형상을 실물로 제작함으로써 설계 오차를 줄이고 리버스 엔지니어링(완성된 제품을 상세히 분석해 기본적인 설계내용을 추적) 설계가 이루어질 수 있도록 해주고 있다. 3D printing technology can reduce design errors by realizing the shape created by using 3D computer-aided design (CAD) or by reverse engineering (tracking the basic design details by analyzing finished products) To be done.

이같은 일을 가능케 하는 3차원 프린터는 물건을 찍어내는 실물 복제기로서, 물체를 3차원으로 설계해 컴퓨터 파일을 CAD 방식으로 만든 후 프린터 노즐에서 액체형 플라스틱, 금속 파우더 등을 뿌려 설계 모양대로 만든다.A three-dimensional printer capable of doing this is a real-life replicator that takes objects, designs objects in 3D, creates CAD files of computer files, and then sprays liquid plastics, metal powder, etc. from the printer nozzles into a design shape.

3차원 프린팅 기술은 설계된 형상을 단순히 보여주는 초기 단계의 급속 조형(RP, Rapid Prototype) 기술을 넘어서 금속, 석회, 합성수지, 고무 등의 재료를 직접 분사해 기계 부품이나 제작품을 찍어내는 임의 형상 제작(SFF, Solid Freeform Fabrication) 기술로 진화하고 있다. In addition to the early prototype (Rapid Prototype) technology that shows the designed shape, 3D printing technology can be used to create arbitrary shapes (SFF , Solid Freeform Fabrication) technology.

조직공학에서도 임의 형상 제작(SFF) 방법 중 용융 침착 모델링(FDM, Fused Deposition Modeling) 방법이 적용되고 있으며, 대한민국 등록특허 10-0893889호(압출 장치에서 용융물 유동 보상 방법)에도 용융 침착 모델링 장치가 개시되어 있다. In the field of tissue engineering, the FDM (Fused Deposition Modeling) method is applied to the arbitrary shape production (SFF) method, and the melt deposition modeling device is also disclosed in Korean Patent No. 10-0893889 (melt flow compensation method in extrusion apparatus) .

도 1은 기존의 용융 침착 모델링 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 혼합물 토출 시의 병목 현상을 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a view showing a conventional melting deposition modeling apparatus, and FIG. 2 is a diagram showing a bottleneck phenomenon at the time of mixture discharge.

도 1을 참조하면, 기존의 용융 침착 모델링 장치(1)는 실린더형 배럴(20) 외부에 히터(40)가 배치되어 있으며, 상부에 에어 프레셔(10)가 마련되어 있다. Referring to FIG. 1, a conventional melt deposition modeling apparatus 1 includes a heater 40 disposed outside a cylindrical barrel 20, and an air pressure 10 provided at an upper portion thereof.

내부 공간에는 히터(40)에 의해 용융된 모델링 재료(5)가 수용되어 있으며, 모델링 재료(5)가 에어 프레셔(10)에 의한 공기압에 의해 하부에 형성된 노즐(30)을 통해 토출되어 스테이지(50) 상에 3D 대상물을 프린팅한다. 또는 에어 프레셔(10) 대신에 도 2에 도시된 것과 같이 압출기(extruder)(60)가 배럴(20) 내에 설치되어 있어 압출기(60)의 회전에 의해 용융된 모델링 재료(5)가 노즐(30)을 통해 토출될 수도 있다. The modeling material 5 melted by the heater 40 is accommodated in the inner space and the modeling material 5 is discharged through the nozzle 30 formed at the lower portion by the air pressure by the air pressure 10, 50). &Lt; / RTI > An extruder 60 is provided in the barrel 20 as shown in Figure 2 instead of the air pressure 10 so that the molten modeling material 5 is melted by the rotation of the extruder 60 into the nozzle 30 As shown in Fig.

이에 의하면, 기존의 용융 침착 모델링 장치(1)는 접촉식 구조를 가지고 있어 용융된 모델링 재료(5)가 비교적 작은 내경을 가지는 노즐(30)을 통과하여 나가야 하기 때문에, 장비의 정밀도가 노즐의 직경 크기에 따라 제한되는 한계가 있다.Since the conventional melt deposition modeling device 1 has a contact type structure and the molten modeling material 5 has to pass through the nozzle 30 having a relatively small inner diameter, There is a limit that is limited by size.

또한, 고온으로 녹인 재료를 노즐(30)을 이용하여 토출함에 있어서, 단일 재료일 경우에는 그 토출에 문제가 없지만, 입자가 잘 분포된 혼합물일 경우에는 도 2에 도시된 것과 같이 혼합물(5a, 5b)의 토출이 진행되면서 용융된 재료(5a)에 포함된 용융되지 않는 입자(5b)가 노즐 입구 부분(A)에서 병목 현상을 일으켜 정상적인 토출이 어려워지게 되는 문제점이 있다. In the case of a single material, there is no problem in discharging the material which has been melted at a high temperature by using the nozzle 30. In the case of a mixture in which the particles are well distributed, the mixture 5a, The unfused particles 5b contained in the molten material 5a are bottlenecked at the nozzle inlet portion A, which makes it difficult to perform normal discharge.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The above-described background technology is technical information that the inventor holds for the derivation of the present invention or acquired in the process of deriving the present invention, and can not necessarily be a known technology disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.

대한민국 등록특허 10-0893889호Korean Patent No. 10-0893889

본 발명은 복수의 입자들이 고르게 분포된 파우더 혼합물을 모델링 재료로 하는 3차원 프린팅이 가능한 3차원 프린팅을 위한 파우더 혼합물 토출 장치 및 파우더 혼합물 함량 조절이 가능한 공간 조형 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a powder mixture dispensing apparatus for three-dimensional printing capable of three-dimensional printing using a powder mixture in which a plurality of particles are evenly distributed as a modeling material, and a space shaping apparatus capable of controlling a powder mixture amount.

본 발명은 노즐 끝단에서 열을 가하여 용융 상태의 모델링 재료가 토출되도록 함으로써 노즐 입구에서의 병목 현상을 방지하고 혼합물 형태 혹은 기공을 갖는 형태의 3차원 적층이 가능한 파우더 혼합물 토출 장치 및 파우더 혼합물 함량 조절이 가능한 공간 조형 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention relates to a powder mixture dispensing device and a powder mixture dispensing device capable of three-dimensionally stacking in the form of a mixture or a pore to prevent bottleneck at the nozzle inlet by discharging the molten modeling material by applying heat at the nozzle end, And to provide a space-shaping apparatus that can be used.

본 발명은 파우더 혼합물의 재료 함량을 제어하여 다공성 3차원 구조체, 강성이 높거나 탄성이 높은 3차원 복합체, 입자의 밀도 변화에 따른 경사체 구조의 3차원 복합체, 여러 가지 물성치를 가지는 3차원 스마트 구조물 등의 제작이 가능한 3차원 프린팅을 위한 파우더 혼합물 토출 장치 및 파우더 혼합물 함량 조절이 가능한 공간 조형 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention relates to a porous three-dimensional structure, a three-dimensional complex having high rigidity or elasticity, a three-dimensional complex having an inclined structure according to the density change of particles, a three-dimensional smart structure having various physical properties The present invention is to provide a powder mixture dispensing apparatus for three-dimensional printing capable of being manufactured and a space shaping apparatus capable of controlling a powder mixture content.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 재료 공급 유닛으로부터 공급받은 파우더 혼합물을 수용하는 몸체; 상기 몸체의 하부에 결합되며, 입구에서 토출측 끝단으로 갈수록 내경이 작아지는 노즐; 상기 몸체 내에 수용되어 상기 노즐을 향해 상기 파우더 혼합물을 압출하는 압출부; 및 상기 노즐의 토출측 끝단에 설치된 히터를 포함하되, 상기 파우더 혼합물은 복수의 입자가 미리 설정된 함량으로 혼합된 파우더 상태로 공급되며, 비용융 상태로 상기 노즐의 입구에 진입시킨 후 상기 노즐의 토출측 끝단에서 상기 히터의 가열에 의해 상기 복수의 입자 중 하나가 용융 상태가 되는 것을 특징으로 하는 파우더 혼합물 토출 장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a powder mixing apparatus comprising: a body for receiving a powder mixture supplied from a material supply unit; A nozzle coupled to a lower portion of the body and having an inner diameter decreasing from an inlet to a discharge end; An extrusion unit accommodated in the body and extruding the powder mixture toward the nozzle; And a heater disposed at a discharge-side end of the nozzle, wherein the powder mixture is supplied in a powder state in which a plurality of particles are mixed in a predetermined amount, and after entering the inlet of the nozzle in a non-fusion state, Wherein one of the plurality of particles is in a molten state by heating the heater.

상기 복수의 입자 중 하나는 강성 입자이고 다른 하나는 수용성 입자이며, 상기 강성 입자가 용융 상태가 된 부분에 용융되지 않은 상기 수용성 입자가 고르게 분포되어 토출된 이후 상기 수용성 입자가 침출 공정에 의해 물에 용해됨으로써 상기 수용성 입자가 있던 부분이 기공이 되는 다공성 3차원 구조체가 제작될 수 있다.Wherein one of the plurality of particles is a rigid particle and the other is a water-soluble particle, and the water-soluble particle which is not melted in the molten state is uniformly distributed and discharged, The porous three-dimensional structure in which the portion having the water-soluble particle becomes pores can be produced.

상기 압출부는 스크류(screw) 형상을 가지고 있어 상기 파우더 혼합물의 분포 상태를 유지시킬 수 있다.The extruding portion has a screw shape so that the distribution state of the powder mixture can be maintained.

한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 3차원 모델링 재료를 복수의 입자가 혼합된 파우더 상태로 공급하는 재료 공급 유닛; 상기 3차원 모델링 재료가 프린팅되어 3차원 구조체가 제작되는 빌드 플랫폼; 및 상기 재료 공급 유닛에서 공급된 파우더 혼합물을 비용융 상태로 토출측 끝단으로 갈수록 내경이 작아지는 노즐의 입구에 진입시킨 후 상기 노즐의 토출측 끝단에서 가열하여 상기 복수의 입자 중 적어도 하나가 용융 상태로 상기 빌드 플랫폼 상에 토출되도록 하는 파우더 혼합물 토출 장치를 포함하되, 상기 복수의 입자 중 하나는 강성 입자이고 다른 하나는 수용성 입자이며, 상기 강성 입자가 용융 상태가 된 부분에 용융되지 않은 상기 수용성 입자가 고르게 분포되어 상기 빌드 플랫폼 상에 토출된 이후 상기 수용성 입자가 침출 공정에 의해 물에 용해됨으로써 상기 수용성 입자가 있던 부분이 기공이 되는 다공성 3차원 구조체가 제작되는 것을 특징으로 하는 공간 조형 장치가 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a three-dimensional modeling material, comprising: a material supply unit that supplies a three-dimensional modeling material in a powder state in which a plurality of particles are mixed; A build platform on which the 3D modeling material is printed to produce a 3D structure; And a powder mixture supplied from the material supply unit is introduced into an inlet of a nozzle whose inner diameter becomes smaller toward the discharge end in a non-fusion state, and then heated at a discharge side end of the nozzle so that at least one of the plurality of particles is in a molten state Wherein one of the plurality of particles is a rigid particle and the other is a water-soluble particle, and the water-soluble particle not melted in the molten portion of the rigid particle is uniformly dispersed The porous three-dimensional structure is produced in which the water-soluble particles are dissolved in water by the leaching process so that the portion where the water-soluble particles are present becomes pores after being distributed on the build platform.

상기 재료 공급 유닛은, 제1 재료를 입자 상태로 공급하는 제1 재료 공급부와; 제2 재료를 입자 상태로 공급하는 제2 재료 공급부와; 상기 제1 재료 공급부에서 공급된 상기 제1 재료와 상기 제2 재료 공급부에서 공급된 제2 재료를 소정의 혼합 비율로 혼합하여 상기 파우더 혼합물을 생성하는 함량 제어부를 포함하되, 상기 제1 재료 공급부와 상기 함량 제어부 사이의 제1 통로와, 상기 제2 재료 공급부와 상기 함량 제어부 사이의 제2 통로에는 솔레노이드 밸브가 설치되어 있어 상기 혼합 비율에 따라 상기 솔레노이드 밸브의 동작이 제어되어 상기 제1 통로 및 상기 제2 통로의 개폐 정도가 조절될 수 있다.The material supply unit includes: a first material supply unit for supplying the first material in a particle state; A second material supply unit for supplying the second material in a particle state; And a content control unit for mixing the first material supplied from the first material supply unit and the second material supplied from the second material supply unit at a predetermined mixing ratio to produce the powder mixture, A solenoid valve is provided in a second passage between the content control unit and the second material supply unit and the content control unit so that the operation of the solenoid valve is controlled according to the mixing ratio, The degree of opening and closing of the second passage can be adjusted.

또는 상기 재료 공급 유닛은, 내부에 설치된 제1 스크류의 회전 동작을 통해 제1 재료를 입자 상태로 공급하는 제1 재료 공급부와; 내부에 설치된 제2 스크류의 회전 동작을 통해 제2 재료를 입자 상태로 공급하는 제2 재료 공급부와; 상기 제1 스크류를 회전시키는 제1 모터와; 상기 제2 스크류를 회전시키는 제2 모터와; 상기 파우더 혼합물의 혼합 비율에 따라 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 동작을 제어하는 모터 제어부를 포함하되, 상기 모터 제어부는 상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류가 상기 혼합 비율에 상응하는 회전 속도를 갖도록 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 제어할 수 있다. Alternatively, the material supply unit may include: a first material supply unit for supplying the first material in a particle state through a rotation operation of the first screw installed therein; A second material supply unit for supplying the second material in a particle state through a rotation operation of a second screw provided inside; A first motor for rotating the first screw; A second motor for rotating the second screw; And a motor control unit for controlling operations of the first motor and the second motor according to a mixing ratio of the powder mixture, wherein the motor control unit controls the first screw and the second screw such that the first screw and the second screw rotate at a rotation speed The first motor and the second motor can be controlled.

상기 재료 공급 유닛은 상기 파우더 혼합물에 혼합되는 입자의 종류 및 함량 중 적어도 하나를 실시간으로 변경할 수 있다.The material supply unit may change at least one of the kind and the content of the particles to be mixed into the powder mixture in real time.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 입자들이 고르게 분포된 파우더 혼합물을 모델링 재료로 하는 3차원 프린팅이 가능한 효과가 있다. According to the embodiment of the present invention, it is possible to perform three-dimensional printing using a powder mixture in which a plurality of particles are uniformly distributed as a modeling material.

또한, 노즐 끝단에서 열을 가하여 용융 상태의 모델링 재료가 토출되도록 함으로써 노즐 입구에서의 병목 현상을 방지하고 혼합물 형태 혹은 기공을 갖는 형태의 3차원 적층이 가능한 효과가 있다. In addition, heat is applied at the tip of the nozzle to eject the molten modeling material, thereby preventing the bottleneck at the nozzle inlet and effecting the three-dimensional lamination of a form having a mixture form or pores.

또한, 파우더 혼합물의 재료 함량을 제어하여 다공성 3차원 구조체, 강성이 높거나 탄성이 높은 3차원 복합체, 입자의 밀도 변화에 따른 경사체 구조의 3차원 복합체, 여러 가지 물성치를 가지는 3차원 스마트 구조물 등의 제작이 가능한 효과가 있다. In addition, by controlling the material content of the powder mixture, a porous three-dimensional structure, a three-dimensional complex having high rigidity or elasticity, a three-dimensional complex having an inclined structure according to the density change of the particle, a three-dimensional smart structure having various physical properties Can be produced.

도 1은 기존의 용융 침착 모델링 장치를 나타낸 도면,
도 2는 혼합물 토출 시의 병목 현상을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 혼합물 토출 장치의 입체 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 조형 장치의 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 재료 공급 유닛을 포함하는 공간 조형 장치의 개념도,
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 재료 공급 유닛을 포함하는 공간 조형 장치의 개념도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 조형 장치를 이용한 다공성 3차원 구조체의 제작 과정을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 조형 장치를 이용한 3차원 구조체의 내부 형상을 나타낸 도면,
도 9는 입자 밀도 변화에 따른 경사체 구조의 3차원 구조체의 내부 형상을 나타낸 도면,
도 10은 여러 가지 물성치를 갖는 3차원 구조체의 내부 형상을 나타낸 도면,
도 11은 여러 가지 물성치를 갖는 제품의 적용처의 예시도. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a diagram of a conventional melt deposit modeling apparatus,
2 is a view showing a bottleneck phenomenon at the time of mixture discharge,
3 is a three-dimensional perspective view of a powder mixture discharging apparatus according to an embodiment of the present invention,
4 is a cross-sectional view of a space forming apparatus according to an embodiment of the present invention,
5 is a conceptual view of a space forming apparatus including a material supply unit according to an embodiment of the present invention;
6 is a conceptual view of a space forming apparatus including a material supply unit according to another embodiment of the present invention;
7 is a view illustrating a process of fabricating a porous three-dimensional structure using the spatial shaping apparatus according to an embodiment of the present invention,
FIG. 8 is a view showing an internal shape of a three-dimensional structure using the spatial shaping apparatus according to an embodiment of the present invention,
9 is a view showing an inner shape of a three-dimensional structure having a gradient structure according to a change in particle density,
10 is a view showing an internal shape of a three-dimensional structure having various physical properties,
11 is an illustration of an application example of a product having various physical properties.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, the terms " part, "" module," and the like, which are described in the specification, mean a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.It is to be understood that the components of the embodiments described with reference to the drawings are not limited to the embodiments and may be embodied in other embodiments without departing from the spirit of the invention. It is to be understood that although the description is omitted, multiple embodiments may be implemented again in one integrated embodiment.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 혼합물 토출 장치의 입체 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 조형 장치의 단면도이다. FIG. 3 is a three-dimensional perspective view of a powder mixture dispensing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view of a space forming apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4에는 공간 조형 장치(100), 파우더 혼합물 토출 장치(110), 몸체(111), 압출부(112), 노즐(113), 히터(114), 재료 공급 유닛(120), 빌드 플랫폼(130), 파우더 혼합물(6), 제1 입자(6a), 제2 입자(6b)가 도시되어 있다.3 and 4 illustrate an embodiment of the space forming apparatus 100, the powder mixture dispensing apparatus 110, the body 111, the extrusion unit 112, the nozzle 113, the heater 114, the material supply unit 120, The platform 130, the powder mixture 6, the first particles 6a, and the second particles 6b are shown.

본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 혼합물 토출 장치(110)는 복수의 입자들이 고르게 분포된 파우더 혼합물이 비용융 상태로 노즐 입구를 진입한 이후 노즐 끝단에 설치된 히터를 통해 용융 상태가 되어 모델링 재료가 토출됨으로써 노즐 입구에서의 병목 현상을 방지하고 혼합물 형태 혹은 기공을 갖는 형태의 3차원 적층이 가능한 것을 특징으로 한다. The powder mixture discharging apparatus 110 according to an embodiment of the present invention is configured such that the powder mixture in which a plurality of particles are evenly distributed enters the nozzle inlet in a non-fusion state and then melted through a heater provided at the nozzle end, It is possible to prevent the bottleneck phenomenon at the nozzle inlet by being discharged and to be capable of three-dimensionally stacking in the form of mixture or pores.

본 발명의 일 실시예에 따른 공간 조형 장치(100)는 재료 공급 유닛(120), 파우더 혼합물 토출 장치(110), 빌드 플랫폼(130)을 포함한다. The space forming apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a material supplying unit 120, a powder mixture discharging apparatus 110, and a build platform 130.

재료 공급 유닛(120)은 3차원 구조체의 재료(3차원 모델링 재료)가 되는 고분자 재료를 제공한다. 본 실시예에서 재료 공급 유닛(120)은 복수의 입자가 혼합된 혼합물을 파우더 상태로 파우더 혼합물 토출 장치(110)에 공급한다. The material supply unit 120 provides a polymer material that becomes a material of the three-dimensional structure (three-dimensional modeling material). In the present embodiment, the material supply unit 120 supplies the powder mixture discharge device 110 with a mixture in which a plurality of particles are mixed, in a powder state.

재료 공급 유닛(120)은 파우더 혼합물(6)을 공급함에 있어 혼합되는 입자의 종류 및 함량 중 적어도 하나를 실시간으로 조절할 수 있어, 후술할 도 8 내지 도 11에 도시된 것과 같이 구조체의 속성을 강성 구조 혹은 탄성 구조로 다양화할 수 있고, 입자 밀도 분포가 경사체 구조를 가지도록 하여 하나의 구조체 내에서도 그 위치에 따른 속성을 다변화시킬 수 있도록 한다. The material supply unit 120 can adjust at least one of the kind and the content of the particles to be mixed in real time in supplying the powder mixture 6, so that the properties of the structure, as shown in FIGS. 8 to 11, Structure or elastic structure, and the particle density distribution has an inclined body structure, so that it is possible to diversify attributes depending on the position in one structure.

빌드 플랫폼(130)은 3차원 모델링 재료가 프린팅되어 3차원 구조체가 제작되는 스테이지(stage)이다. The build platform 130 is a stage in which a three-dimensional modeling material is printed to fabricate a three-dimensional structure.

빌드 플랫폼(130) 상에는 폼 베이스(foam base)가 마련되어 있을 수 있다. 3차원 모델링 재료가 폼 베이스 상에 프린팅되어 빌드 플랫폼에서 용이하게 분리되도록 할 수도 있다. A foam base may be provided on the build platform 130. Dimensional modeling material may be printed on the foam base and easily separated from the build platform.

파우더 혼합물 토출 장치(110)는 재료 공급 유닛(120)으로부터 복수의 입자(6a, 6b)가 미리 설정된 함량으로 고르게 분포된 파우더 혼합물(6)을 공급받고, 파우더 혼합물(6)에 열을 가하여 용융 상태로 만든 후 빌드 플랫폼(130) 상에 프린팅시킨다. The powder mixture discharging apparatus 110 receives a powder mixture 6 uniformly distributed from a material supply unit 120 in a predetermined amount of a plurality of particles 6a and 6b and applies heat to the powder mixture 6, And then prints on the build platform 130.

파우더 혼합물 토출 장치(110)는 몸체(111), 압출부(112), 노즐(113), 히터(114)를 포함한다. The powder mixture dispensing apparatus 110 includes a body 111, an extrusion portion 112, a nozzle 113, and a heater 114.

몸체(111)는 그 내부에 재료 공급 유닛(120)으로부터 공급된 3차원 모델링 재료, 즉 파우더 혼합물이 수용되는 부분으로서, 예를 들면 실린더형 배럴일 수 있다.The body 111 may be, for example, a cylindrical barrel, in which the three-dimensional modeling material supplied from the material supply unit 120, that is, the portion in which the powder mixture is received.

노즐(113)은 몸체(111)의 하부에 결합되며, 몸체(111) 내에 수용된 3차원 모델링 재료를 용융 상태로 하방향으로 토출되도록 한다. The nozzle 113 is coupled to the lower portion of the body 111 and allows the three-dimensional modeling material accommodated in the body 111 to be discharged downward in a molten state.

압출부(112)는 몸체(111) 내에 수용되어 있으며, 회전 동작을 통해 몸체(111) 내에 수용된 3차원 모델링 재료를 노즐(113)을 향해 진행시킬 수 있다. 예를 들어, 압출부(112)는 도면에 도시된 것과 같은 스크류(screw) 형상을 가질 수 있다. The extrusion portion 112 is accommodated in the body 111 and can advance the three-dimensional modeling material accommodated in the body 111 toward the nozzle 113 through the rotation operation. For example, the extrusion portion 112 may have a screw shape as shown in the drawing.

이러한 압출 방식은 복수의 입자가 고르게 분포된 파우더 혼합물이 노즐(113) 입구에 이르기까지 최대한 고른 분포 상태를 유지할 수 있도록 한다. Such an extrusion method enables a powder mixture having a plurality of particles evenly distributed to maintain a uniform distribution state until reaching the inlet of the nozzle 113.

히터(114)는 노즐(113)의 토출측 끝단에 설치되어, 노즐(113)을 통해 빌드 플랫폼(130) 상에 토출되는 3차원 모델링 재료, 즉 파우더 혼합물(6)을 가열하여 용융 상태로 만들어 준다. 여기서, 파우더 혼합물에 포함된 복수의 입자 중 적어도 하나(6a)는 가열에 의해 용융 상태로 변화된 이후 온도가 낮아지면 다시 경화되는 물질로 구성될 수 있다. The heater 114 is installed at the discharge side end of the nozzle 113 to heat the three-dimensional modeling material, that is, the powder mixture 6 discharged on the build platform 130 via the nozzle 113, into a molten state . At least one (6a) of the plurality of particles contained in the powder mixture may be composed of a material which is changed into a molten state by heating and then hardened again when the temperature is lowered.

노즐(113)의 입구에서는 비용융 상태의 파우더 혼합물(6)이 재료 공급 유닛(120)으로부터 공급받은 상태와 같이 복수의 입자들이 고르게 분포된 상태로 유입된다. 따라서, 도 2에 도시된 기존 장치와 같이 용융 상태로 유입될 경우에 용융되지 않은 입자에 의해 노즐(113) 입구에서 발생되는 병목 현상이 발생되지 않을 수 있게 된다. At the inlet of the nozzle 113, a plurality of particles are uniformly distributed in a state in which the powder mixture 6 in a molten state is supplied from the material supply unit 120. Therefore, when the molten resin flows into the molten state as in the existing apparatus shown in FIG. 2, the unmelted particles can prevent a bottleneck phenomenon occurring at the inlet of the nozzle 113.

파우더 혼합물(6)이 압출부(112)에서의 압출에 의해 노즐(113)의 토출측으로 진행되는 중에 노즐(113)의 토출측 끝단에 설치된 히터(114)에 의해 가열되어 용융 상태가 된다. 이 경우 노즐(113)의 입구를 이미 지난 이후에 용융 상태가 되므로 입자의 병목 현상이 발생하지 않게 되고, 설정된 혼합 함량을 유지한 상태대로 빌드 플랫폼(130) 상에 3차원 적층이 이루어질 수 있게 된다. The powder mixture 6 is heated by the heater 114 provided at the discharge side end of the nozzle 113 while being advanced to the discharge side of the nozzle 113 by the extrusion of the extrusion portion 112 to be in a molten state. In this case, since the entrance of the nozzle 113 has already been melted, the particle is not bottlenecked, and the three-dimensional lamination can be performed on the build platform 130 while maintaining the set mixed content .

본 실시예에서 빌드 플랫폼(130)과 파우더 혼합물 토출 장치(110)는 3차원 적층을 위해 상대적인 3차원 이동이 가능한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 빌드 플랫폼(130)이 상하 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하고 파우더 혼합물 토출 장치(110)가 수평면(XY 평면) 상에서 2차원적으로 이동 가능한 방식, 빌드 플랫폼(130)이 수평면 상에서 2차원적으로 이동 가능하고 파우더 혼합물 토출 장치(110)가 상하 방향으로 이동 가능한 방식, 혹은 빌드 플랫폼(130) 또는 파우더 혼합물 토출 장치(110)중 적어도 하나가 X, Y, Z축의 3차원 이동이 되는 등 3축 제어가 이루어지도록 하는 방식 등이 적용될 수 있을 것이다. In this embodiment, the build platform 130 and the powder mixture discharge device 110 may have a structure capable of relative three-dimensional movement for three-dimensional stacking. For example, a method in which the build platform 130 is movable in the vertical direction (Z-axis direction) and the powder mixture discharge device 110 is movable in two dimensions on a horizontal plane (XY plane) And at least one of the build platform 130 and the powder mixture dispensing apparatus 110 is movable in three dimensions in the X, Y, and Z axes Or a three-axis control such that the three-axis control is performed.

본 실시예에서 재료 공급 유닛(120)은 미리 설정된 비율로 혼합된 파우더 혼합물을 파우더 혼합물 토출 장치(110)에 공급하게 되는데, 그 구조 및 기능에 대하여 이하 관련 도면을 참조하여 설명하기로 한다. In the present embodiment, the material supply unit 120 supplies the powder mixture mixed at a preset ratio to the powder mixture discharge device 110. The structure and function of the powder mixture discharge device 110 will be described with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 재료 공급 유닛을 포함하는 공간 조형 장치의 개념도이다. 5 is a conceptual view of a space forming apparatus including a material supply unit according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 재료 공급 유닛(120)은 제1 재료 공급부(210), 제2 재료 공급부(220), 함량 제어부(230)를 포함한다. Referring to FIG. 5, the material supply unit 120 includes a first material supply unit 210, a second material supply unit 220, and a content control unit 230.

제1 재료 공급부(210) 및 제2 재료 공급부(220)는 3차원 모델링 재료인 파우더 혼합물의 원재료인 제1 재료 및 제2 재료를 각각 공급한다. The first material supply unit 210 and the second material supply unit 220 supply the first material and the second material, which are raw materials of the powder mixture, which is a three-dimensional modeling material.

제1 재료 공급부(210)에서 공급되는 제1 재료와 제2 재료 공급부(220)에서 공급되는 제2 재료는 함량 제어부(230)에 의해 그 혼합 비율이 제어되어 소정의 함량을 가지는 파우더 혼합물이 되어 후단의 파우더 혼합물 토출 장치(110)로 공급된다. The mixing ratio of the first material supplied from the first material supply unit 210 and the second material supplied from the second material supply unit 220 are controlled by the content control unit 230 to be a powder mixture having a predetermined content And is supplied to the powder mixture discharge device 110 at the downstream stage.

함량 제어부(230)에서 제1 재료와 제2 재료의 함량을 제어하는 방식은 다음과 같을 수 있다. A method of controlling the content of the first material and the second material in the content controller 230 may be as follows.

예를 들면, 함량 제어부(230)에서 제1 재료 공급부(210)와 연결된 제1 통로와 제2 재료 공급부(220)와 연결된 제2 통로는 솔레노이드 밸브에 의해 그 개폐 정도가 제어될 수 있다. 이러한 솔레노이드 밸브는 미리 설정된 파우더 혼합물의 함량에 상응하여 그 동작 정도가 결정될 수 있을 것이다. For example, the degree of opening / closing of the first passage connected to the first material supply unit 210 and the second passage connected to the second material supply unit 220 in the content controller 230 can be controlled by a solenoid valve. Such a solenoid valve may be determined in accordance with the predetermined amount of the powder mixture.

도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 재료 공급 유닛을 포함하는 공간 조형 장치의 개념도이다. 6 is a conceptual view of a space forming apparatus including a material supply unit according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 재료 공급 유닛(120)은 제1 재료 공급부(310), 제2 재료 공급부(320), 제1 모터(315), 제2 모터(325), 모터 제어부(330)를 포함한다. 6, the material supply unit 120 includes a first material supply unit 310, a second material supply unit 320, a first motor 315, a second motor 325, and a motor control unit 330 do.

제1 재료 공급부(310) 및 제2 재료 공급부(320)는 3차원 모델링 재료인 파우더 혼합물의 원재료인 제1 재료 및 제2 재료를 각각 공급한다. The first material supply part 310 and the second material supply part 320 supply the first material and the second material, which are raw materials of the powder mixture, which is a three-dimensional modeling material, respectively.

제1 재료 공급부(310) 및 제2 재료 공급부(320)는 파우더 혼합물 토출 장치(110)와 같이 스크류 타입의 밸브 구조로 이루어질 수 있다. The first material supply unit 310 and the second material supply unit 320 may have a screw type valve structure like the powder mixture discharge device 110.

제1 재료 공급부(310) 및 제2 재료 공급부(320)에는 그 내부에 스크류(311, 321)가 설치되어 있어, 스크류(311, 321)의 회전속도에 따라 압출되는 재료의 양이 조절될 수 있다. The first material supply unit 310 and the second material supply unit 320 are provided with screws 311 and 321 therein so that the amount of the material to be extruded can be adjusted according to the rotational speed of the screws 311 and 321 have.

스크류(311, 321)의 끝단에는 제1 모터(315) 및 제2 모터(325)가 연결되어 있고, 제1 모터(315) 및 제2 모터(325)는 모터 제어부(330)에 의해 그 회전 속도가 제어된다. The first motor 315 and the second motor 325 are connected to the ends of the screws 311 and 321. The first motor 315 and the second motor 325 are rotated by the motor control unit 330 The speed is controlled.

예를 들어, 제1 재료 공급부(310)와 제2 재료 공급부(320)가 동일한 크기의 기계적 구조를 가지고 있는 경우, 파우더 혼합물 토출 장치(110)로 공급하고자 하는 파우더 혼합물의 제1 재료와 제2 재료의 함량이 a:b일 때, 제1 모터(315)의 회전 속도와 제2 모터(325)의 회전 속도를 a:b로 제어함으로써 제1 재료 공급부(310)에서 압출되는 제1 재료와 제2 재료 공급부(320)에서 압출되는 제2 재료의 양을 a:b로 조절할 수 있다. For example, when the first material supply part 310 and the second material supply part 320 have the same mechanical structure, the first material of the powder mixture to be supplied to the powder mixture discharge device 110 and the second material When the content of the material is a: b, the rotation speed of the first motor 315 and the rotation speed of the second motor 325 are controlled to be a: b so that the first material, which is extruded from the first material supply part 310, The amount of the second material extruded from the second material supply portion 320 can be adjusted to a: b.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 조형 장치를 이용한 다공성 3차원 구조체의 제작 과정을 나타낸 도면이다. FIG. 7 is a view illustrating a process of fabricating a porous three-dimensional structure using the space forming apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 혼합물을 이용한 3차원 프린팅을 수행하는 공간 조형 장치를 이용하여 제작된 3차원 구조체(400)가 도시되어 있다. Referring to FIG. 7, there is shown a three-dimensional structure 400 manufactured using a space forming apparatus for performing three-dimensional printing using a powder mixture according to an embodiment of the present invention.

3차원 구조체(400)는 복수의 입자로 구성되어 있는데, 복수의 입자 중에는 수용성 입자(410)가 포함되어 있을 수 있다. The three-dimensional structure 400 is composed of a plurality of particles, and the plurality of particles may include the water-soluble particles 410.

이 경우 침출(leaching out) 공정을 통해 수용성 입자(410)는 물(water)에 용해시킴으로써, 최종적으로는 수용성 입자(410)가 있었는 부분이 기공(void)(420)이 되어 다공성 3차원 구조체(430)의 제작이 완료될 수 있다. In this case, the water-soluble particles 410 are dissolved in water through the leaching-out process, and finally, the portion where the water-soluble particles 410 exist becomes a void 420, 430 can be completed.

조직공학에서 세포 배양 시 세포집 역할을 하는 세포지지체(scaffold)는 인체 내에 이식해야 하므로 조직의 생체적합성, 생분해성인 재료를 사용하여 제작될 필요가 있다. 또한, 세포지지체는 영양분 공급과 노폐물 배출을 위한 높은 다공성과 세포 성장에 있어 적절한 기공 크기, 세포 부착이 용이하도록 하는 높은 표면적이 요구되며, 구조적 강도 역시 요구되고 있는데, 도 7에 도시된 것과 같은 다공성 3차원 구조체의 제작 방식을 통해 제작될 수도 있을 것이다. In tissue engineering, cell scaffolds that act as cell clusters during cell culture need to be transplanted into the human body and need to be made using biocompatible, biodegradable materials. In addition, the cell scaffold is required to have high porosity for supplying nutrients and waste products, a proper pore size for cell growth, and a high surface area for facilitating cell attachment, and structural strength is also required. And may be produced through a three-dimensional structure manufacturing method.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 조형 장치를 이용한 3차원 구조체의 내부 형상을 나타낸 도면이고, 도 9는 입자 밀도 변화에 따른 경사체 구조의 3차원 구조체의 내부 형상을 나타낸 도면이며, 도 10은 여러 가지 물성치를 갖는 3차원 구조체의 내부 형상을 나타낸 도면이고, 도 11은 여러 가지 물성치를 갖는 제품의 적용처의 예시도이다. FIG. 8 is a view showing an inner shape of a three-dimensional structure using a spatial shaping apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 9 is a view showing an inner shape of a three-dimensional structure having an inclined structure according to a change in particle density, FIG. 10 is a view showing an inner shape of a three-dimensional structure having various physical properties, and FIG. 11 is an illustration showing an application example of a product having various physical properties.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시에에 따른 파우더 혼합물을 이용한 3차원 수행하는 공간 조형 장치를 이용하여 제작된 3차원 구조체(510, 520)가 도시되어 있다. Referring to FIG. 8, there is shown a three-dimensional structure 510, 520 fabricated using a spatial shaping apparatus that performs three-dimensional operation using a powder mixture according to an embodiment of the present invention.

도 8의 (a)에 도시된 3차원 구조체(510)는 내부에 분포된 입자가 소정 강도 이상의 강성을 지니는 입자(515)로 이루어져 구조체 자체의 강성이 상대적으로 높은 강성 구조체로 제작될 수 있음을 보여주고 있다. The three-dimensional structure 510 shown in FIG. 8 (a) can be made of a rigid structure having relatively high rigidity of the structure itself, because the particles distributed inside are composed of particles 515 having a rigidity of a predetermined strength or more .

또한, 도 8의 (b)에 도시된 3차원 구조체(520)는 도 7에 도시된 것과 같은 제작 과정을 통해 내부에 다수의 기공(525)이 분포되어 있음으로 인해 소정 값 이상의 탄성을 가지는 탄성 구조체로 제작될 수 있음을 보여주고 있다. The three-dimensional structure 520 shown in FIG. 8 (b) has a plurality of pores 525 distributed therein through the manufacturing process as shown in FIG. 7, Structure can be fabricated.

도 9를 참조하면, 내부에 분포된 입자의 밀도가 그 위치에 따라 변경되도록 함으로써 3차원 구조체(610, 620)의 강성 혹은 탄성이 경사체 구조를 가지도록 할 수 있음을 보여주고 있다. Referring to FIG. 9, it is shown that the density of the particles distributed inside can be changed according to the position, so that the rigidity or elasticity of the three-dimensional structures 610 and 620 can have a tilted structure.

도 9의 (a) 혹은 (b)에 도시된 것과 같이 입자 밀도 분포가 경사체 구조를 가지도록 하는 것은 도 5 혹은 도 6에 도시된 것과 같이 3차원 적층 위치에 따라 재료 공급 유닛에서 입자의 함량이 실시간으로 조절된 파우더 혼합물을 공급함으로써 가능할 수 있을 것이다. As shown in Fig. 9 (a) or 9 (b), the particle density distribution has the inclined body structure, as shown in Fig. 5 or 6, Lt; RTI ID = 0.0 > real-time < / RTI > controlled mixture of powders.

도 10을 참조하면, 3차원 구조체(700)의 내부에 강성 입자(710), 기공(720)이 혼재되어 있되, 일 영역(도면에서는 좌측)에서는 강성 입자(700)의 밀도가 높아 기계적 강성이 보완되도록 하고 타 영역(도면에서는 우측)에서는 수용성 입자가 침출되어 형성된 기공(720)의 밀도가 높아 탄성이 보완되도록 할 수도 있을 것이다. 10, rigid particles 710 and pores 720 are mixed in the three-dimensional structure 700. In one region (left side in the drawing), the density of the rigid particles 700 is high, And the density of pores 720 formed by leaching of the water-soluble particles in the other region (right side in the drawing) is high, so that elasticity may be complemented.

그리고 그 중간 영역(도면에서는 중간)에서는 강성 입자(710)와 기공(720)이 적절히 혼재되어 있어 기계적 강성과 탄성이 적절히 조화를 이루도록 할 수도 있을 것이다. The rigid particles 710 and the pores 720 are appropriately mixed in the intermediate region (middle in the drawing), so that mechanical stiffness and elasticity can be appropriately harmonized.

즉, 본 실시예에 따른 공간 조형 장치를 이용한 3차원 프린팅 시에 3차원 구조체(700) 내부에 포함되는 입자의 종류 및 함량을 실시간으로 조절함으로써, 부위에 따라 여러 가지 물성치를 갖는 3차원 제품을 제작하는 것이 가능하게 된다. That is, by controlling the kind and content of the particles contained in the three-dimensional structure 700 in real time during three-dimensional printing using the space forming apparatus according to the present embodiment, a three-dimensional product having various physical properties can be obtained It becomes possible to produce the same.

도 11에는 이처럼 여러 가지 물성치를 갖는 3차원 제품으로 볼 수 있는 운동화가 예시되어 있다. FIG. 11 shows a sneaker which can be regarded as a three-dimensional product having various physical properties as described above.

운동화는 밑창(outsole), 중창(middle), 갑피(upper)를 가지고 있으며, 각 부분이 그 용도, 위치에 따라 서로 다른 속성을 가질 수 있다. Sneakers have outsole, middle, and upper, and each part can have different properties depending on its use and location.

본 실시예에 따른 공간 조형 장치를 이용하여 3차원 적층 위치에 따라 파우더 혼합물의 함량을 제어하여 3차원 프린팅 함으로써 도 11에 도시된 것과 같이 여러 가지 물성치를 갖는 운동화의 제작이 가능할 수 있다.It is possible to manufacture sneakers having various physical properties as shown in FIG. 11 by controlling the content of the powder mixture according to the three-dimensional lamination position using the space shaping apparatus according to the present embodiment and performing three-dimensional printing.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

100: 공간 조형 장치 110: 파우더 혼합물 토출 장치
111: 몸체 112: 압출부
113: 노즐 114: 히터
120: 재료 공급 유닛 130: 빌드 플랫폼
6: 파우더 혼합물
210: 제1 공급부 220: 제2 공급부
230: 함량 제어부 310: 제1 공급부
320: 제2 공급부 311, 321: 스크류
315: 제1 모터 325: 제2 모터
330: 모터 제어부100: Spatial molding apparatus 110: Powder mixture dispensing apparatus
111: body 112: extrusion part
113: nozzle 114: heater
120: Material supply unit 130: Build platform
6: Powder mixture
210: first supply part 220: second supply part
230: content control unit 310: first supply unit
320: second supply part 311, 321: screw
315: first motor 325: second motor
330:

Claims

재료 공급 유닛으로부터 공급받은 파우더 혼합물을 수용하는 몸체;
상기 몸체의 하부에 결합되며, 입구에서 토출측 끝단으로 갈수록 내경이 작아지는 노즐;
상기 몸체 내에 수용되어 상기 노즐을 향해 상기 파우더 혼합물을 압출하는 압출부; 및
상기 노즐의 토출측 끝단에 설치된 히터를 포함하되,
상기 파우더 혼합물은 복수의 입자가 미리 설정된 함량으로 혼합된 파우더 상태로 공급되며, 비용융 상태로 상기 노즐의 입구에 진입시킨 후 상기 노즐의 토출측 끝단에서 상기 히터의 가열에 의해 상기 복수의 입자 중 하나가 용융 상태가 되며,
상기 복수의 입자 중 하나는 강성 입자이고 다른 하나는 수용성 입자이며,
상기 강성 입자가 용융 상태가 된 부분에 용융되지 않은 상기 수용성 입자가 고르게 분포되어 토출된 이후 상기 수용성 입자가 침출 공정에 의해 물에 용해됨으로써 상기 수용성 입자가 있던 부분이 기공이 되는 다공성 3차원 구조체가 제작되는 것을 특징으로 하는 파우더 혼합물 토출 장치.
A body for receiving the powder mixture supplied from the material supply unit;
A nozzle coupled to a lower portion of the body and having an inner diameter decreasing from an inlet to a discharge end;
An extrusion unit accommodated in the body and extruding the powder mixture toward the nozzle; And
And a heater disposed at a discharge side end of the nozzle,
Wherein the powder mixture is supplied in a powder state in which a plurality of particles are mixed in a predetermined amount, and after entering the inlet of the nozzle in a non-fusion state, the one end of the plurality of particles Is in a molten state,
Wherein one of the plurality of particles is a rigid particle and the other is a water-soluble particle,
The porous three-dimensional structure in which the water-soluble particles are dissolved and dispersed in the water after the water-soluble particles are uniformly distributed and discharged to the molten state of the rigid particles, And the powder mixture is discharged from the discharge port.

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제1항에 있어서,
상기 압출부는 스크류(screw) 형상을 가지고 있어 상기 파우더 혼합물의 분포 상태를 유지시키는 것을 특징으로 하는 파우더 혼합물 토출 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the extruder has a screw shape to maintain the distribution state of the powder mixture.

3차원 모델링 재료를 복수의 입자가 혼합된 파우더 상태로 공급하는 재료 공급 유닛;
상기 3차원 모델링 재료가 프린팅되어 3차원 구조체가 제작되는 빌드 플랫폼; 및
상기 재료 공급 유닛에서 공급된 파우더 혼합물을 비용융 상태로 토출측 끝단으로 갈수록 내경이 작아지는 노즐의 입구에 진입시킨 후 상기 노즐의 토출측 끝단에서 가열하여 상기 복수의 입자 중 적어도 하나가 용융 상태로 상기 빌드 플랫폼 상에 토출되도록 하는 파우더 혼합물 토출 장치를 포함하되,
상기 복수의 입자 중 하나는 강성 입자이고 다른 하나는 수용성 입자이며,
상기 강성 입자가 용융 상태가 된 부분에 용융되지 않은 상기 수용성 입자가 고르게 분포되어 상기 빌드 플랫폼 상에 토출된 이후 상기 수용성 입자가 침출 공정에 의해 물에 용해됨으로써 상기 수용성 입자가 있던 부분이 기공이 되는 다공성 3차원 구조체가 제작되는 것을 특징으로 하는 공간 조형 장치.
A material supply unit that supplies the three-dimensional modeling material in a powder state in which a plurality of particles are mixed;
A build platform on which the 3D modeling material is printed to produce a 3D structure; And
The powder mixture supplied from the material supply unit is introduced into an inlet of a nozzle whose inner diameter becomes smaller toward the discharge end in an unfused state and then heated at a discharge side end of the nozzle so that at least one of the plurality of particles is melted, And a powder mixture discharge device for discharging the powder mixture on the platform,
Wherein one of the plurality of particles is a rigid particle and the other is a water-soluble particle,
The water-soluble particles that are not melted are uniformly distributed in the molten state of the rigid particles and are discharged onto the build platform, and then the water-soluble particles are dissolved in water by the leaching process, so that the water- Wherein the porous three-dimensional structure is manufactured.

제4항에 있어서,
상기 재료 공급 유닛은,
제1 재료를 입자 상태로 공급하는 제1 재료 공급부와;
제2 재료를 입자 상태로 공급하는 제2 재료 공급부와;
상기 제1 재료 공급부에서 공급된 상기 제1 재료와 상기 제2 재료 공급부에서 공급된 제2 재료를 소정의 혼합 비율로 혼합하여 상기 파우더 혼합물을 생성하는 함량 제어부를 포함하되,
상기 제1 재료 공급부와 상기 함량 제어부 사이의 제1 통로와, 상기 제2 재료 공급부와 상기 함량 제어부 사이의 제2 통로에는 솔레노이드 밸브가 설치되어 있어 상기 혼합 비율에 따라 상기 솔레노이드 밸브의 동작이 제어되어 상기 제1 통로 및 상기 제2 통로의 개폐 정도가 조절되는 것을 특징으로 하는 공간 조형 장치.
5. The method of claim 4,
The material supply unit includes:
A first material supply unit for supplying the first material in a particle state;
A second material supply unit for supplying the second material in a particle state;
And a content control unit for mixing the first material supplied from the first material supply unit and the second material supplied from the second material supply unit at a predetermined mixing ratio to generate the powder mixture,
A solenoid valve is provided in a first passage between the first material supply unit and the content control unit and a second passage between the second material supply unit and the content control unit so that the operation of the solenoid valve is controlled according to the mixing ratio Wherein the degree of opening and closing of the first passage and the second passage is controlled.

제4항에 있어서,
상기 재료 공급 유닛은,
내부에 설치된 제1 스크류의 회전 동작을 통해 제1 재료를 입자 상태로 공급하는 제1 재료 공급부와;
내부에 설치된 제2 스크류의 회전 동작을 통해 제2 재료를 입자 상태로 공급하는 제2 재료 공급부와;
상기 제1 스크류를 회전시키는 제1 모터와;
상기 제2 스크류를 회전시키는 제2 모터와;
상기 파우더 혼합물의 혼합 비율에 따라 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 동작을 제어하는 모터 제어부를 포함하되,
상기 모터 제어부는 상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류가 상기 혼합 비율에 상응하는 회전 속도를 갖도록 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 공간 조형 장치.
5. The method of claim 4,
The material supply unit includes:
A first material supply unit for supplying the first material in a particle state through a rotation operation of the first screw installed inside;
A second material supply unit for supplying the second material in a particle state through a rotation operation of a second screw provided inside;
A first motor for rotating the first screw;
A second motor for rotating the second screw;
And a motor control unit for controlling operations of the first motor and the second motor according to a mixing ratio of the powder mixture,
Wherein the motor control unit controls the first motor and the second motor such that the first screw and the second screw have a rotation speed corresponding to the blending ratio.

제4항에 있어서,
상기 재료 공급 유닛은 상기 파우더 혼합물에 혼합되는 입자의 종류 및 함량 중 적어도 하나를 실시간으로 변경하는 것을 특징으로 하는 공간 조형 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the material supply unit changes at least one of a type and a content of particles mixed in the powder mixture in real time.