KR102290893B1 - 연속 레이저 조형이 가능한 레이저 신터링 장치 - Google Patents

연속 레이저 조형이 가능한 레이저 신터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속 레이저 조형이 가능한 레이저 신터링 장치에 관한 것으로서, 원주방향으로 구획되고 외기 접촉이 억제될 수 있는 복수의 이송챔버를 구비하고 수직으로 배치된 회전축을 중심으로 회전 가능하게 배치되는 회전부; 상기 회전부의 상측에 상기 이송챔버 중 어느 하나와 연통 가능하고, 외기와 접촉이 억제될 수 있는 조형챔버; 상기 이송챔버를 통해 상기 조형챔버로 이송되고, 내부에 분말재료가 수용되어 조형되는 컨테이너; 상기 조형챔버의 하측에 배치된 이송챔버의 내부에 수용된 상기 컨테이너를 상기 조형챔버의 내부에 배치되는 조형위치 및 상기 이송챔버에 배치되는 이송위치간을 이송시키는 컨테이너이송부; 상기 조형챔버의 내부에 구비되어 상기 컨테이너의 내부로 상기 분말재료를 제공하는 분말재료공급부; 상기 조형챔버의 내부의 컨테이너로 레이저를 조사하여 상기 분말재료를 조형하는 레이저광원부; 및 상기 회전부를 회전 구동시키는 회전부구동부; 를 구비하여 구성된다. 이에 의해,

Description

연속 레이저 조형이 가능한 레이저 신터링 장치{LASER SINTERING APPARATUS CAPABLE OF CONTINOUSLY LASER SINTERING}
본 발명은, 레이저 신터링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 외기와 접촉없이 컨테이너를 교체할 수 있어 연속 레이저 조형이 가능한 레이저 신터링 장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 쓰리디 프린터(3D Printer)는 적층 기법(Additive Manufacturing)의 일종으로 기존의 툴(Tool) 가공으로 제작이 곤란한 복잡하고 다양한 형상을 제작할 수 있는 장점을 구비한다.
이러한 쓰리디 프린터 기술은 제작 시간이 많이 소요되므로 대량 생산이 용이하지 아니하지만, 다품종 소량 생산, 개인 맞춤형 부품 생산, 및 주문형 제품의 솔루션 기술로 인정받고 있는 실정이다.
상기 쓰리디 프린터 기법 중 소위 엘 에스 (LS: Laser Sintering)라고 하는 레이저 신터링 장치(기술)은 타 기법에 비해 상대적으로 많은 수량의 제작이 가능하고, 소재 내열성, 내충격성 및 내화학성 등이 높아 다양한 적용분야의 생산장비로 활용되고 있다.
그런데 이러한 종래의 레이저 신터링 장치(LS)는, 소재의 변형 및 수축을 줄이기 위해 미리 설정된 온도까지 소재를 가열하여 소결 단계 직전까지 진행하는 전처리과정과, 소결 및 적층으로 제작된 조형물의 변형 및 수축을 최소화하면서 냉각시키는 후처리과정이 반드시 필요하고, 상기 전처리과정 및 후처리과정에 많은 시간이 소요된다고 하는 문제점이 있다.
특히, 분말재료에 레이저를 조사하여 소결 및 적층 조형하는 조형시간에 비해 상기 전처리과정 및 후처리과정에 소요되는 시간이 현저하게 커서 실제 레이저 조형부의 가동률이 현저하게 낮다고 하는 문제점이 있다.
KR 1019960705647 A1 (1996.11.08.)
따라서, 본 발명은, 외기와 접촉없이 컨테이너의 교체가 가능하여 레이저 조형을 연속적으로 수행할 수 있는 레이저 신터링 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 원주방향으로 구획되고 외기 접촉이 억제될 수 있는 복수의 이송챔버를 구비하고 수직으로 배치된 회전축을 중심으로 회전 가능하게 배치되는 회전부; 상기 회전부의 상측에 상기 이송챔버 중 어느 하나와 연통 가능하고, 외기와 접촉이 억제될 수 있는 조형챔버; 상기 이송챔버를 통해 상기 조형챔버로 이송되고, 내부에 분말재료가 수용되어 조형되는 컨테이너; 상기 조형챔버의 하측에 배치된 이송챔버의 내부에 수용된 상기 컨테이너를 상기 조형챔버의 내부에 배치되는 조형위치 및 상기 이송챔버에 배치되는 이송위치간을 이송시키는 컨테이너이송부; 상기 조형챔버의 내부에 구비되어 상기 컨테이너의 내부로 상기 분말재료를 제공하는 분말재료공급부; 상기 조형챔버의 내부의 컨테이너로 레이저를 조사하여 상기 분말재료를 조형하는 레이저광원부; 및 상기 회전부를 회전 구동시키는 회전부구동부;를 포함하는 레이저 신터링 장치를 제공한다.
실시예에 있어서, 상기 회전부는, 원반 형상을 구비하여 상기 회전축의 상부 및 하부에 이격 배치되는 저부판 및 상부판; 및 상기 저부판 및 상부판 사이에 반경방향으로 배치되는 격벽;을 포함하여 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 회전부는, 상기 저부판 및 상부판의 원주를 따라 배치되는 원판부;를 구비하고, 상기 원판부에는 상기 이송챔버를 개폐하는 도어가 구비되게 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 컨테이너는, 상하로 개구된 통 형상의 프레임; 및 상기 프레임의 내부에 승강 가능하게 구비되는 바닥판;을 구비하여 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 컨테이너이송부는, 상기 이송챔버의 내부에 상하로 배치되는 이송스크류; 상기 이송스크류를 회전 구동시키는 이송스크류구동모터; 상기 이송스크류에 나사결합되는 이송너트; 상면에 상기 컨테이너가 올려놓여지는 서포터; 및 일 측은 상기 이송너트에 연결되고 타 측은 상기 서포터에 연결되는 서포터연결부;를 구비하여 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 바닥판을 상기 프레임에 대해 승강구동시키는 바닥판구동부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 바닥판구동부는, 상기 바닥판의 저부에 결합되는 결합부; 상기 서포터연결부에 구비되는 바닥판이송스크류; 상기 바닥판이송스크류에 나사결합되는 암나사부재; 및 일 측은 상기 암나사부재에 연결되고 타 측은 상기 결합부에 연결되는 결합부연결부;를 포함하여 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 결합부와 상기 바닥판 사이에는 상기 결합부와 상기 바닥판의 결합상태가 유지될 수 있도록 하는 록킹부가 구비될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 조형챔버의 바닥에는 상기 컨테이너이송부에 의해 상승된 컨테이너가 유입될 수 있게 관통부가 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 분말재료공급부는, 상기 관통부의 일 측에 상기 관통부를 통해 유입된 컨테이너에 상기 분말재료을 공급하는 공급컨테이너; 상기 공급컨테이너의 상측으로부터 상기 컨테이너의 상측으로 연장되는 레일; 상기 레일을 따라 이동하면서 상기 공급컨테이너의 분말재료를 상기 컨테이너로 공급하는 롤러;를 구비하여 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 상부판은, 상기 격벽의 상단에 결합되고 상기 각 이송챔버가 상기 관통부와 각각 연통될 수 있게 관통된 연통부를 구비한 가동상부판; 및 상기 가동상부판의 상측에 구비되어 상기 연통부를 차단하는 고정상부판;을 포함하여 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 고정상부판은 상기 조형챔버의 바닥을 형성하고, 상기 관통부는 상기 고정상부판을 관통하여 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 컨테이너의 외면에 구비되어 상기 컨테이너를 가열하는 컨테이너히터;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 회전부구동부는, 상기 회전축에 구비되는 구동풀리; 구동력을 발생시키는 구동모터; 상기 구동모터의 회전축에 구비되는 종동풀리; 및 상기 구동풀리와 상기 종동풀리에 결합되는 전동벨트;를 포함하여 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 컨테이너가 이송챔버 및 조형챔버 간을 외기와 접촉없이 연속 이송 가능하도록 함으로써, 외기와 접촉되지 아니하게 컨테이너의 교체가 용이하여 연속적인 레이저 조형이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 신터링 장치의 사시도,
도 2는 도 1의 레이저 신터링 장치의 종단면도,
도 3은 도 2의 회전부의 평면도,
도 4는 도 3의 컨테이너영역의 확대도,
도 5는 도 3의 회전부의 변형례,
도 6은 도 1의 분말재료공공급부영역의 확대단면도,
도 7은 도 2의 컨테이너이송부의 요부확대사시도,
도 8은 도 2의 컨테이너의 조형위치를 도시한 단면도,
도 9는 도 1의 레이저 신터링 장치의 제어블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 신터링 장치는, 원주방향으로 구획되고 외기 접촉이 억제될 수 있는 복수의 이송챔버(115)를 구비하고 수직으로 배치된 회전축(112)을 중심으로 회전 가능하게 배치되는 회전부(110); 상기 회전부(110)의 상측에 상기 이송챔버(115) 중 어느 하나와 연통 가능하고, 외기와 접촉이 억제될 수 있는 조형챔버(210); 상기 이송챔버(115)를 통해 상기 조형챔버(210)로 이송되고, 내부에 분말재료(260)가 수용되어 조형되는 컨테이너(250); 상기 조형챔버(210)의 하측에 배치된 이송챔버(115)의 내부에 수용된 상기 컨테이너(250)를 상기 조형챔버(210)의 내부에 배치되는 조형위치 및 상기 이송챔버(115)에 배치되는 이송위치간을 이송시키는 컨테이너이송부(270); 상기 조형챔버(210)의 내부에 구비되어 상기 컨테이너(250)의 내부로 상기 분말재료(260)를 제공하는 분말재료공급부(280); 상기 조형챔버(210)의 내부의 컨테이너(250)로 레이저를 조사하여 상기 분말재료(260)를 조형하는 레이저광원부(290); 및 상기 회전부(110)를 회전 구동시키는 회전부구동부(190);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 회전부(110)는, 원반 형상을 구비하여 상기 회전축(112)의 상부 및 하부에 이격 배치되는 저부판(116) 및 상부판(118); 및 상기 저부판(116) 및 상부판(118) 사이에 반경 방향으로 배치되는 격벽(125);을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 회전부(110)는, 예를 들면 도 3에 도시된 바와 같이, 원주방향을 따라 구획된 6개의 이송챔버(115)를 구비하게 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 이송챔버(115)가 6개로 구성된 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시에 불과하고 이송챔버(115)의 개수는 적절히 조절될 수 있다.
상기 각 이송챔버(115)는, 예를 들면, 외기와 접촉이 억제되게 구성될 수 있다.
상기 이송챔버(115)의 내부에는, 예를 들면, 내부 온도를 미리 설정된 온도로 유지할 수 있게 이송챔버가열부(170)가 구비될 수 있다.
상기 이송챔버가열부(170)는, 예를 들면, 상기 이송챔버(115)의 내부에 미리 설정된 온도로 가열된 공기를 공급할 수 있게 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 각 이송챔버(115)의 회전축측 상부에는 가열된 공기가 토출되는 토출공(172)이 구비되고, 상기 토출공(172)의 하측에는 각 이송챔버(115)의 내부의 공기가 흡입되는 흡입공(174)이 구비될 수 있다.
상기 이송챔버가열부(170)는, 예를 들면, 상기 흡입공(174)을 통해 공기를 인출된 공기가 순환하는 공기순환유로(175), 상기 공기순환유로(175)에 구비되어 공기의 유동을 촉진시키는 송풍팬(177), 및 상기 공기순환유로(175)의 공기를 가열하는 가열부(178)를 구비하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 공기순환유로(175)의 공기를 가열하는 가열부(178)는, 예를 들면, 전기히터로 구현될 수 있다.
상기 토출공(172)에는, 예를 들면 도면에는 구체적으로 도시하지 아니하였으나, 토출되는 공기의 유량을 조절하는 유량조절수단이 구비될 수 있다.
상기 유량조절수단은, 예를 들면, 공기의 유동단면적을 조절하는 댐퍼(미도시)로 구현될 수 있다.
이에 의해, 각 이송챔버(115)의 내부 온도에 따라 가열된 공기의 공급량이 조절될 수 있다.
상기 회전부(110)는 도면상 반시계방향을 따라 60도 간격으로 배치될 수 있다.
상기 회전부(110)의 각 이송챔버(115)는 원주방향을 따라 60도 간격으로 배치되는 제1회전위치(P1) 내지 제6회전위치(P6)를 차례로 경유할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 조형챔버(210)의 하측을 제2위치(P2)로 정의하고, 반시계방향을 따라 상기 제2위치(P2)의 회전 전 위치는 제1위치(P1)이고, 제2위치(P2)의 회전 후 위치는 제3위치(P3)로 각각 정의될 수 있다.
상기 제2위치(P2)의 회전 전 제1위치(P1)는, 예를 들면, 이전 위치(제6위치((P6))에서 투입된 새로운 컨테이너(250)가 미리 설정된 온도로 예열되는 예열구간으로 정의될 수 있다.
상기 제2위치(P2)는, 예를 들면, 상기 제1위치(P1)에서 예열된 컨테이너(250)를 상기 조형챔버(210)로 상향 이송하여 상기 조형챔버(210)에서 레이저 조형이 실제로 이루어지는 조형 구간일 수 있다.
상기 제3위치(P3)는, 예를 들면, 상기 제2위치(P2)에서 이송된 조형 완료된 컨테이너(250)가 미리 설정된 온도에서 냉각되는 냉각 구간일 수 있다.
상기 제4위치(P4)는, 예를 들면, 상기 제3위치(P3)에서 냉각된 컨테이너(250)가 회전되어 추가로 냉각되는 추가 냉각구간일 수 있다.
상기 제5위치(P5)는, 예를 들면, 제4위치(P4)에서 냉각된 컨테이너(250)가 회전되어 내부의 분말재료(260)와 조형물(262)이 서로 분리되어 회수되는 회수구간일 수 있다.
상기 제6위치는, 예를 들면, 새로 조형될 새로운 컨테이너(250)가 상기 이송챔버(115)의 내부로 투입되는 투입 구간일 수 있다.
한편, 상기 회전부(110)는, 예를 들면, 상기 저부판(116) 및 상부판(118)의 원주를 따라 배치되는 원판부(131a)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 원판부(131a)는, 예를 들면, 상기 저부판(116) 및 상부판(118)의 외측에 고정 배치될 수 있다.
상기 원판부(131a)는, 예를 들면, 원통 형상으로 구현될 수 있다.
상기 원판부(131a)의 일 측에는 미리 설정된 위치로 회전된 이송챔버(115)를 개폐할 수 있게 도어(135)가 구비될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 원판부(131a)는 제5위치(P5) 및 제6위치(P6)에 배치되는 이송챔버(115)를 각각 개폐할 수 있게 도어(135)가 각각 구비된 경우를 예시하고 있다.
여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 격벽(125), 저부판(116) 및 상부판(118)의 원주구간을 차단하게 결합되는 원판부(131b)를 구비하여 구성될 수도 있다.
상기 원판부(131b)는 상기 회전축(112), 격벽(125) 및 저부판(116)과 일체로 회전 가능하게 구성될 수 있다.
상기 각 원판부(131b)에는, 예를 들면, 해당 이송챔버(115)를 각각 개폐할 수 있게 도어(135)가 각각 구비될 수 있다.
상기 회전부(110)의 상부판(118)은, 예를 들면, 상기 격벽(125)에 결합되어 일체로 회전하는 가동상부판(119a); 및 상기 가동상부판(119a)의 상측에 결합되는 고정상부판(119b)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 각 가동상부판(119a)의 상측에는 상기 조형챔버(210)와 연통될 수 있게 연통부(121)가 각각 형성될 수 있다.
상기 각 연통부(121)는 상기 고정상부판(119b)에 의해 차단될 수 있다.
한편, 상기 회전부(110)의 하측에는 상기 회전부(110)를 회전 가능하게 지지하는 회전부지지부(140)가 구비될 수 있다.
상기 회전부지지부(140)는, 예를 들면, 상기 저부판(116)을 회전가능하게 지지하는 저부판지지부(141)를 구비할 수 있다.
상기 저부판지지부(141)는, 상기 저부판(116)의 하측에 이격배치되는 수평구간부(143) 및 상기 수평구간부(143)의 하측으로 연장되는 수직구간부(144)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 저부판(116)과 상기 수평구간부(143) 사이에는 상기 저부판(116)을 회전 가능하게 지지하는 스러스트베어링(145)이 구비될 수 있다.
상기 회전부지지부(140)는, 예를 들면, 상기 회전축(112)의 하단부영역을 수용하여 회전가능하게 지지하는 회전축지지부(151)가 구비될 수 있다.
상기 회전축지지부(151)는, 예를 들면, 상기 회전축(112)의 수직방향으로 지지하는 스러스트베어링부(153) 및 상기 회전축(112)을 반경방향으로 지지하는 레이디얼베어링부(155)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 회전축(112)의 일 측에는 상기 회전부(110)를 회전 구동시키는 회전부구동부(190)가 구비될 수 있다.
상기 회전부구동부(190)는, 예를 들면, 구동력을 발생시키는 구동모터(195), 상기 구동모터(195)의 회전축(196)에 구비되는 구동풀리(197), 상기 회전축(112)에 구비되는 종동풀리(198)와, 상기 구동풀리(197) 및 종동풀리(198)에 결합되는 전동벨트(199)를 구비하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 회전부(110)의 상측에는 상기 회전부(110)의 이송챔버(115) 중 어느 하나와 연통가능하게 조형챔버(210)가 구비될 수 있다.
본 실시예에서, 조형챔버(210)가 1개로 구성된 경우를 예시하고 있으나 상기 조형챔버(210)의 개수는 적절히 조절될 수 있다.
상기 조형챔버(210)는 외기와 접촉이 억제되게 구성될 수 있다.
이에 의해, 외기와 분말재료 및/또는 조형물의 접촉이 억제될 수 있어 온도 변화에 기인한 조형물의 수축 및/또는 변형 발생을 억제할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 조형챔버(210)는, 상기 회전부(110)의 상단으로부터 상향 연장되는 복수의 측벽부(212), 상기 각 측벽부(212)의 상단을 차단하게 형성되는 천장부(214); 및 상기 각 측벽부(212)의 하단을 차단하는 바닥부(216);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 조형챔버(210)는, 하측의 이송챔버(115)와 연통될 수 있게 상기 바닥부(216)에는 관통부(217)가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 조형챔버(210)의 바닥부(216)는 상기 회전부(110)의 고정상부판(119b)의 일 부로 구현될 수 있다.
상기 조형챔버(210)의 내부 일 측에는 상기 관통부(217)를 통해 상측으로 유입된 컨테이너(250)에 분말재료(260)를 공급하는 분말재료공급부(280)가 구비될 수 있다.
상기 분말재료공급부(280)의 상측에는 상기 이송챔버(115)로부터 이송된 컨테이너(250)에 레이저를 조사하는 레이저광원부(290)가 구비될 수 있다.
상기 레이저광원부(290)는, 예를 들면 도면에는 구체적으로 도시하지 아니하였으나, 갈바노미러 및 에프세타(F-세타) 렌즈를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 레이저광원부(290)는 상기 분말재료공급부(280)로부터 상기 컨테이너(250)의 내부로 공급된 분말재료(260)가 임계온도 이상으로 가열될 수 있게 미리 설정된 패턴(모양)으로 상기 분말재료(260)에 레이저를 조사할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 조형챔버(210)의 내부에는 상기 조형챔버(210)의 내부를 가열할 수 있게 조형챔버히터(220)가 구비될 수 있다.
상기 조형챔버(210)의 내부는 상기 조형챔버히터(220)에 의해 미리 설정된 온도로 유지될 수 있다.
이에 의해, 상기 분말재료(260)의 레이저 조형이 원활하게 이루어질 수 있다.
상기 분말재료공급부(280)는, 예를 들면 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 조형이 이루어질 컨테이너(250)에 분말재료(260)를 공급하는 공급컨테이너(230), 상기 공급컨테이너(230)의 상측으로부터 상기 조형이 이루어질 컨테이너(250)의 상측으로 연장되는 상부패널(282), 상기 공급컨테이너(230)의 상측에 상기 레이저 조형이 이루어질 컨테이너(250)의 상측으로 연장되는 레일(285), 상기 레일(285)을 따라 이동하면서 상기 공급컨테이너(230)의 분말재료(260)를 상기 조형이 이루어질 컨테이너(250)에 공급하는 롤러(287) 및 상기 레일(285)을 따라 상기 롤러(287)를 왕복 구동시키는 롤러구동부(288)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 상부패널(282)에는 상기 이송챔버(115)로부터 상향 이송되어 상기 관통부(217)를 통해 상기 조형챔버(210)의 내부로 유입된 컨테이너(250)의 상단부가 삽입 결합될 수 있게 컨테이너결합부(284)가 형성될 수 있다.
상기 공급컨테이너(230), 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상하로 개구된 통 형상의 프레임(232)과, 상기 프레임(232)의 내부에 승강 가능하게 구비되는 바닥판(234)을 각각 구비하여 구성될 수 있다.
상기 공급컨테이너(230)의 하측에는 상기 바닥판(234)을 승강시키는 액츄에이터(235)가 구비될 수 있다.
상기 공급컨테이너(230)의 외면에는 상기 공급컨테이너(230)를 가열할 수 있게 공급컨테이너히터(237)가 구비될 수 있다.
이에 의해, 상기 공급컨테이너(230)의 내부의 분말재료(260)는 미리 설정된 온도로 유지될 수 있다.
여기서, 상기 공급컨테이너히터(237)는, 예를 들면, 상하방향을 따라 서로 다른 온도로 가열할 수 있게 구성될 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 공급컨테이너히터(237)는 상기 컨테이너(250)로 공급되기 직전 최상측(층)의 분말재료(260)의 온도가 그 하측(층)의 분말재료(260)의 온도보다 높게 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 공급컨테이너히터(237)는 상기 공급컨테이너(230)의 프레임(232)을 상하방향을 따라 복수 개의 영역(층)으로 구획하고 최상측(층)이 가장 온도가 높고 최하측(층)이 온도가 가장 낮아지게 될 수 있게 상기 공급컨테이너(230)의 프레임(232)을 정밀하게 가열할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 공급컨테이너(230)의 내부의 분말재료(260)는 최상측(층)의 온도가 상기 공급컨테이너히터(237)에 의해 상기 컨테이너(250)의 내부에서 레이저에 의해 가열되어 조형되는 임계온도 미만의 온도로 유지될 수 있게 가열될 수 있다.
상기 컨테이너(250)는, 예를 들면, 상하로 개구된 통 형상의 프레임(252)과, 상기 프레임(252)의 내부에 승강 가능하게 구비되는 바닥판(254)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 컨테이너(250)의 프레임(252)의 외면에는 상기 컨테이너(250)를 가열할 수 있게 컨테이너히터(257)가 구비될 수 있다.
이에 의해, 상기 컨테이너(250)는 미리 설정된 온도로 유지될 수 있게 가열될 수 있다.
상기 컨테이너히터(257)는, 상기 컨테이너(250)의 상하방향을 따라 상기 컨테이너(250)를 복수 개의 층으로 구분하고, 각 층의 온도가 상측에서 하측으로 갈수록 점진적으로 하강할 수 있게 상기 컨테이너(250)를 정밀하게 가열할 수 있게 구성될 수 있다.
이에 의해, 상기 컨테이너(250)는 내부의 분말재료(260)의 조형 후 상기 컨테이너히터(257)의 발열량의 조절(온도 제어)을 통해 상기 분말재료(260) 및 조형물(262)이 미리 설정된 온도를 유지하면서 조형속도에 맞추어 하강하면서 서서히 냉각될 수 있다.
이에 의해, 상기 컨테이너(250)의 내부의 조형물(262)의 수축 및/또는 변형이 억제되어 원하는 형상 및 치수로 용이하게 관리될 수 있다.
한편, 상기 회전부(110)에는 상기 이송챔버(115)의 컨테이너(250)를 상기 조형챔버(210)로 이송시키는 컨테이너이송부(270)가 구비될 수 있다.
상기 컨테이너이송부(270)는, 예를 들면, 상기 각 이송챔버(115)의 내부에 각각 구비될 수 있다.
상기 컨테이너이송부(270)는, 예를 들면 도 2, 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상면에 상기 컨테이너(250)가 올려놓여지는 서포터(310); 상기 이송챔버(115)의 내부 상기 서포터(310)의 일 측에 상하로 배치되는 이송스크류(315); 상기 이송스크류(315)를 회전 구동시키는 이송스크류구동모터(320); 상기 이송스크류(315)에 나사결합되는 이송너트(325); 및 일 측은 상기 이송너트(325)에 연결되고 타 측은 상기 서포터(310)에 연결되는 서포터연결부(330);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 서포터(310)는, 예를 들면, 상기 컨테이너(250)의 프레임(252)의 하단이 일 부 삽입될 수 있게 개구가 형성된 사각 틀 형상을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 서포터(310)의 일 측에는 상기 이송스크류(315)가 상기 이송챔버(115)의 상하방향을 따라 배치되어 회전 가능하게 구비될 수 있다.
상기 이송스크류(315)의 일 단부에는 상기 이송스크류(315)를 회전 시키는 이송스크류구동모터(320)가 구비될 수 있다.
상기 이송스크류구동모터(320)는 정회전 및 역회전이 가능하게 구성될 수 있다.
상기 이송스크류(315)에는 나사결합되어 상기 이송스크류(315)의 회전 시 상대 이동하는 이송너트(325)가 결합될 수 있다.
상기 이송스크류(315)의 양 측에는, 예를 들면, 상기 이송스크류(315)와 나란하게 상하방향을 따라 배치된 가이드로드(335)가 각각 구비될 수 있다.
상기 서포터(310)에는 일 측이 상기 이송너트(325)에 연결된 서포터연결부(330)의 타 단부가 연결될 수 있다.
상기 서포터연결부(330)는 한 쌍으로 구성될 수 있다.
상기 각 서포터연결부(330)는 상기 서포터(310)로부터 돌출되는 돌출구간(332) 및 상기 돌출구간(332)으로부터 절곡된 절곡구간(334)을 각각 구비할 수 있다.
상기 각 서포터연결부(330)에는 상기 가이드로드(335)의 둘레에 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이더(337)가 각각 구비될 수있다.
이에 의해, 상기 이송너트(325)의 승강 시 상기 각 슬라이더(337)가 상기 각 가이드로드(335)를 따라 슬라이딩함으로써, 상기 서포터(310)의 승강이 원활하게 될 수 있다.
상기 각 슬라이더(337)는, 예를 들면, 상기 각 서포터연결부(330)의 돌출구간(332)과 절곡구간(334)의 경계영역에 각각 형성될 수 있다.
한편, 상기 서포터(310)의 일 측에는 상기 컨테이너(250)의 바닥판(254)을 승강 구동시키는 바닥판구동부(350)가 구비될 수 있다.
상기 바닥판구동부(350)는, 예를 들면, 상기 컨테이너(250)의 바닥판(254)의 저부에 결합되는 결합부(352); 상기 서포터연결부(330)에 구비되는 바닥판이송스크류(355); 상기 바닥판이송스크류(355)에 나사결합되는 암나사부재(357); 및 일 측은 상기 암나사부재(357)에 연결되고 타 측은 상기 결합부(352)에 연결되는 결합부연결부(359);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 결합부(352)는, 예를 들면, 직육면체 형상을 구비할 수 있다.
상기 바닥판(254)의 저부에는 상기 결합부(352)가 삽입 결합될 수 있게 상향 함몰된 수용부(256)가 형성될 수 있다.
상기 결합부(352)에는, 예를 들면, 상기 수용부(256)와 결합 시 돌출되어 상기 결합부(352)와 수용부(256)의 결합 상태가 유지되게 하고 철회 시 상기 수용부(256)와 결합부(352)의 결합상태가 해제되게 하는 복수의 잠금돌기(362)를 구비한 록킹부(360)가 구비될 수 있다.
상기 록킹부(360)는 상기 잠금돌기(362)가 각각 삽입될 수 있게 상기 수용부(256)에 형성된 잠금돌기홈(364)을 구비할 수 있다.
여기서, 상기 잠금돌기(362)는, 예를 들면, 전기 액츄에이터(미도시)에 의해 돌출 및 철회되게 구성될 수 있다.
이에 의해, 상기 록킹부(360)의 잠금 및 잠금해제를 전기 신호(예를 들면 후술할 제어부(370))에 의해 제어할 수 있다.
상기 바닥판이송스크류(355)는 상기 서포터연결부(330)에 구비될 수 있다.
상기 바닥판이송스크류(355)는, 예를 들면, 상기 서포터연결부(330)에 수직방향으로 배치되어 회전 가능하게 구성될 수 있다.
상기 서포터연결부(330)에는 상기 바닥판이송스크류(355)를 회전 가능하게 지지하는 브래킷(354)이 구비될 수 있다.
상기 브래킷(354)은 상기 2개의 서포터연결부(330)에 동시에 결합될 수 있다.
상기 브래킷(354)에는 상기 바닥판이송스크류(355)의 일 단부가 회전 가능하게 결합될 수 있다.
상기 브래킷(354)에는 상기 바닥판이송스크류(355)를 회전 구동시키는 구동모터(356)가 구비될 수 있다.
상기 구동모터(356)는 상기 바닥판이송스크류(355)를 미세하게 회전시킬 수 있게 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구동모터(356)는 상기 컨테이너(250)의 바닥판(254)이 상기 조형물(262)의 적층 두께에 대응되는 미세한 거리를 이동될 수 있게 정밀하게 제어가능하게 구성될 수 있다.
상기 브래킷(354)의 상측에는 상기 바닥판이송스크류(355)의 상단부를 회전 가능하게 지지하는 지지부재(358)가 구비될 수 있다.
한편, 본 실시예의 레이저 신터링 장치는, 예를 들면 도 8에 도시된 바와 같이, 제어프로그램을 구비하여 마이크로프로세서로 구현되는 제어부(370)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제어부(370)는, 예를 들면, 상기 회전부(110)가 상기 회전축(112)을 중심으로 회전할 수 있게 상기 회전부구동부(190)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(370)는, 예를 들면, 상기 조형챔버(210)의 하측에 6개의 이송챔버(115)가 순차적으로 배치되어 레이저 조형이 연속적으로 이루어질 수 있게 상기 회전부구동부(190)를 제어할 수 있다.
상기 제어부(370)는, 예를 들면, 상기 각 컨테이너(250)가 미리 설정된 온도로 유지될 수 있게 상기 컨테이너히터(257)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(370)는, 예를 들면, 상기 각 이송챔버(115)의 내부가 미리 설정된 온도로 유지될 수 있게 상기 이송챔버가열부(170)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
즉, 상기 제어부(370)는, 상기 이송챔버가열부(170)의 가열부(178) 및 각 이송챔버(115)의 토출공(172)에 구비되는 유량제어수단(댐퍼)를 제어하여 각 이송챔버(115)의 내부 온도를 미리 설정된 온도로 유지시킬 수 있다.
상기 제어부(370)는, 예를 들면, 상기 조형챔버(210)의 내부로 이송된 컨테이너(250)에 미리 설정된 패턴으로 레이저를 조사할 수 있게 상기 레이저광원부(290)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(370)는, 예를 들면, 상기 조형챔버(210)의 내부로 이송된 컨테이너(250)에 미리 설정된 적층두께로 분말재료(260)가 공급될 수 있게 상기 분말재료공급부(280)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(370)는, 예를 들면, 상기 공급컨테이너(230)의 내부의 분말재료(260)가 미리 설정된 온도롤 예열될 수 있게 상기 공급컨테이너히터(237)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(370)는, 예를 들면, 상기 조형챔버(210)의 내부가 미리 설정된 온도로 유지될 수 있게 상기 조형챔버히터(220)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(370)에는, 상기 컨테이너(250)의 온도를 감지하는 컨테이너온도감지부(375)가 신호전달 가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(370)에는, 상기 조형챔버(210)의 내부의 온도를 감지하는 조형챔버온도감지부(380)가 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(370)에는, 상기 각 이송챔버(115)의 내부의 온도를 감지하는 이송챔버온도감지부(385)가 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(370)에는 상기 회전부(110)가 미리 설정된 시간 간격으로 회전될 수 있게 조작 신호를 입력하는 신호입력부(390)가 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 신호입력부(390)를 통해 운전개시 신호가 입력되면 상기 제어부(370)는 상기 회전부구동부(190)를 제어하여 미리 설정된 시간 간격으로 상기 회전부(110)가 미리 설정된 각도(위치)로 회전되게 할 수 있다.
상기 제6위치(P6)에서 새로운 컨테이너(250)가 투입되고, 제1위치(P1)로 회전된 컨테이너(250)는 상기 컨테이너히터(257)에 의해 미리 설정된 온도로 가열될 수 있다.
상기 제2위치(P2)로 이송된 컨테이너(250)는 상기 컨테이너이송부(270)에 의해 상기 조형챔버(210)의 내부로 상향 이송될 수 있다.
상기 제1위치(P1)를 경유한 컨테이너(250)가 상기 제2위치(P2)로 회전되면, 상기 제어부(370)는 상기 이송스크류구동모터(320)를 제어하여 상기 이송너트(325)가 상향 이동되는 방향으로 상기 이송스크류(315)가 회전되게 할 수 있다.
상기 이송너트(325)의 이동에 의해 상기 서포터(310)가 상측으로 이동될 수 있다.
상기 서포터(310)의 상측에 올려놓여진 상기 컨테이너(250)는 상기 연통부(121) 및 관통부(217)를 통해 상기 조형챔버(210)의 내부의 상기 조형위치에 배치될 수 있다.
상기 컨테이너(250)가 상기 분말재료공급부(280)에 결합되면, 상기 제어부(370)는 상기 바닥판구동부(350)를 제어하여 상기 컨테이너(250)의 바닥판(254)이 상기 컨테이너(250)의 프레임(252)의 내부 상부영역의 미리 설정된 위치에 위치되게 할 수 있다.
상기 제어부(370)는 상기 분말재료공급부(280)를 제어하여 상기 컨테이너(250)의 내부에 미리 설정된 적층두께로 분말재료(260)가 공급되게 할 수 있다.
상기 제어부(370)는 상기 컨테이너(250)의 내부로 분말재료(260)가 공급되면 상기 레이저광원부(290)를 제어하여 상기 컨테이너(250)의 내부로 미리 설정된 패턴으로 상기 레이저광원이 조사되게 할 수 있다.
이에 의해, 상기 컨테이너(250)의 내부의 분말재료(260)가 가열 및 소결되어 미리 설정된 패턴으로 조형될 수 있다.
상기 제어부(370)는 상기 레이저광원부(290)에 의한 해당 적층층의 조형이 완료되면 상기 바닥판구동부(350)를 제어하여 상기 컨테이너(250)의 바닥판(254)이 적층두께만큼 하강하게 할 수 있다.
상기 제어부(370)는 상기 분말재료공급부(280)를 제어하여 상기 컨테이너(250)의 내부에 다음 적층두께에 대응되게 분말재료(260)가 추가로 공급되게 할 수 있다.
이러한 분말재료 공급, 레이저 조사(조형) 및 바닥판(254) 하강 과정을 되풀이하여 상기 컨테이너(250)의 내부의 조형물(262)의 전체 레이저 조형과정이 완료되면, 상기 제어부(370)는 상기 컨테이너이송부(270)를 제어하여 상기 조형이 완료된 컨테이너(250)가 상기 제2위치(P2)의 이송챔버(115)의 내부의 이송위치로 하강하게 할 수 있다.
상기 제어부(370)는 상기 조형 완료된 컨테이너(250)가 상기 제2위치(P2)의 이송챔버(115)의 내부로 하강되면 상기 회전부(110)를 제어하여 상기 회전부(110)가 회전되게 할 수 있다.
상기 제2위치(P2)의 이송챔버(115)의 내부의 컨테이너(250)는 제3위치(P3)로 회전될 수 있다.
상기 제어부(370)는 상기 제3위치(P3)의 이송챔버(115)의 내부의 컨테이너히터(257)를 제어하여 상기 조형 완료된 컨테이너(250)의 내부의 분말재료(260) 및 조형물(262)이 미리 설정된 온도(상기 조형챔버(210)의 내부온도보다 하강된 온도)에서 냉각되게 할 수 있다.
상기 제어부(370)는 시간이 경과함에 따라 상기 제3위치(P3)의 이송챔버(115)의 내부의 컨테이너(250)의 온도가 점진적으로 하강할 수 있게 상기 컨테이너히터(257)를 제어할 수 있다.
상기 제어부(370)는 상기 조형챔버(210)의 내부로 이송된 컨테이너(250)의 조형이 완료되어 제2위치(P2)의 이송챔버(115)의 내부의 이송위치로 하강하면 상기 회전부(110)를 60도 회전시킬 수 있다.
이에 의해, 상기 조형챔버(210)의 내부에는 상기 회전부(110)의 60도 회전 시 제1위치(P1)에 배치된 이송챔버(115)에서 예열된 새로운 컨테이너(250)가 이송됨으로써, 연속적인 레이저 조형이 가능하다.
또한, 상기 조형챔버(210)의 조형 시, 상기 제1위치(P1)의 이송챔버(115)의 내부의 컨테이너(250)는 미리 설정된 온도로 예열되고, 상기 제3위치(P3) 및 제4위치(P4)의 이송챔버(115)의 내부의 컨테이너(250)는 냉각이 이루어지고, 제5위치(P5)의 이송챔버(115)의 내부의 컨테이너(250)의 분말재료(260) 및 조형물(262)이 분리 수거될 수 있다. 또한, 제6위치(P6)의 이송챔버(115)의 내부에는 새로운 컨테이너(250)가 투입될 수 있다.
본 실시예의 레이저 신터링 장치는, 레이저 조형과 동시에 컨테이너(250)의 예열, 조형완료된 컨테이너(250)의 냉각, 조형완료된 컨테이너(250)의 분말재료(260)와 조형물(262)의 분리 수거, 및 새로운 컨테이너(250)의 투입 동작이 동시에 이루어지므로, 실레 레이저 조형이 이루어지는 조형챔버(210)의 가동률이 현저하게 상승될 수 있다.
또한, 본 실시예의 레이저 신터일 장치는 레이저 광원의 조사 패턴을 달리할 경우 서로 다른 제품의 혼류 생산이 가능하다. 이에 의해, 다양한 종류의 제품을 신속하게 생산할 수 있다.
또한, 본 실시예의 레이저 신터링 장치는 조형 완료된 컨테이너(250)가 외기와 접촉되지 아니하므로 외기와 접촉에 기인한 수축 및/또는 변형의 우려가 없어 정확한 치수 관리가 가능하다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
110 : 회전부 112: 회전축
115: 이송챔버 116 : 저부판
118 : 상부판 119a : 가동상부판
119b : 고정상부판 121: 연통부
131a,131b : 원판부 135: 도어
140 : 회전부지지부 141 : 저부판지지부
151: 회전축지지부 170: 이송챔버가열부
172 : 토출공 174 : 흡입공
175: 공기순환유로 177: 송풍팬
178: 가열부 190 : 회전부구동부
195,356 : 구동모터 197: 구동풀리
198: 종동풀리 199 : 전동벨트
210 : 조형챔버 217 : 관통부
220: 조형챔버히터 230: 공급컨테이너
232,252 : 프레임 234,254: 바닥판
250: 컨테이너 257 : 컨테이너히터
270: 컨테이너이송부 280 : 분말재료공급부
282 : 상부패널 284: 컨테이너결합부
285: 레일 287: 롤러
288: 롤러구동부 290 : 레이저광원부
310: 서포터 315: 이송스크류
320: 이송스크류구동모터 325: 이송너트
330: 서퍼트연결부 335 : 가이드로드
337: 가이드로드 350: 바닥판구동부
352: 결합부 355 : 바닥판이송스크류
357 : 암나사부재 359 : 결합부연결부
360: 록킹부 362: 잠금돌기
364 : 잠금돌기홈 370: 제어부
375: 컨테이너온도감지부 380 : 조형챔버온도감지부
385: 이송챔버온도감지부 390: 신호입력부

Claims (12)

  1. 원주방향으로 구획되고 외기 접촉이 억제될 수 있는 복수의 이송챔버를 구비하고 수직으로 배치된 회전축을 중심으로 회전 가능하게 배치되는 회전부;
    상기 회전부의 상측에 상기 복수의 이송챔버 중 어느 하나와 연통 가능하고, 외기와 접촉이 억제될 수 있는 조형챔버;
    상기 이송챔버를 통해 상기 조형챔버로 이송되고, 내부에 분말재료가 수용되어 조형되는 컨테이너;
    상기 조형챔버의 하측에 배치된 이송챔버의 내부에 수용된 상기 컨테이너를 상기 조형챔버의 내부에 배치되는 조형위치 및 상기 이송챔버에 배치되는 이송위치간을 이송시키는 컨테이너이송부;
    상기 조형챔버의 내부에 구비되어 상기 컨테이너의 내부로 상기 분말재료를 제공하는 분말재료공급부;
    상기 조형챔버의 내부의 컨테이너로 레이저를 조사하여 상기 분말재료를 조형하는 레이저광원부; 및
    상기 회전부를 회전 구동시키는 회전부구동부;를 포함하는 레이저 신터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전부는, 원반 형상을 구비하여 상기 회전축의 상부 및 하부에 이격 배치되는 저부판 및 상부판; 상기 저부판 및 상부판 사이에 반경방향으로 배치되는 격벽; 및 상기 저부판 및 상부판의 원주를 따라 배치되는 원판부;를 구비하고, 상기 원판부에는 상기 이송챔버를 개폐하는 도어가 구비되는 레이저 신터링 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컨테이너는, 상하로 개구된 통 형상의 프레임; 및 상기 프레임의 내부에 승강 가능하게 구비되는 바닥판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 신터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컨테이너이송부는, 상기 이송챔버의 내부에 상하로 배치되는 이송스크류; 상기 이송스크류를 회전 구동시키는 이송스크류구동모터; 상기 이송스크류에 나사결합되는 이송너트; 상면에 상기 컨테이너가 올려놓여지는 서포터; 및 일 측은 상기 이송너트에 연결되고 타 측은 상기 서포터에 연결되는 서포터연결부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 신터링 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바닥판을 상기 프레임에 대해 승강구동시키는 바닥판구동부;를 더 포함하고,
    상기 바닥판구동부는, 상기 바닥판의 저부에 결합되는 결합부; 상기 서포터연결부에 구비되는 바닥판이송스크류; 상기 바닥판이송스크류에 나사결합되는 암나사부재; 및 일 측은 상기 암나사부재에 연결되고 타 측은 상기 결합부에 연결되는 결합부연결부;를 포함하는 레이저 신터링 장치.
  7. 삭제
  8. 제2항에 있어서,
    상기 조형챔버의 바닥에는 상기 컨테이너이송부에 의해 상승된 컨테이너가 유입될 수 있게 관통부가 형성되고,
    상기 분말재료공급부는, 상기 관통부의 일 측에 상기 관통부를 통해 유입된 컨테이너에 상기 분말재료을 공급하는 공급컨테이너; 상기 공급컨테이너의 상측으로부터 상기 컨테이너의 상측으로 연장되는 레일; 상기 레일을 따라 이동하면서 상기 공급컨테이너의 분말재료을 상기 컨테이너로 공급하는 롤러;를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 신터링 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상부판은, 상기 격벽의 상단에 결합되고 상기 각 이송챔버가 상기 관통부와 각각 연통될 수 있게 관통된 연통부를 구비한 가동상부판; 및 상기 가동상부판의 상측에 구비되어 상기 연통부를 차단하는 고정상부판;을 포함하는 레이저 신터링 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고정상부판은 상기 조형챔버의 바닥을 형성하고, 상기 관통부는 상기 고정상부판을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 신터링 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 컨테이너의 외면에 구비되어 상기 컨테이너를 가열하는 컨테이너히터;를 더 포함하는 레이저 신터링 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 회전부구동부는, 상기 회전축에 구비되는 구동풀리; 구동력을 발생시키는 구동모터; 상기 구동모터의 회전축에 구비되는 종동풀리; 및 상기 구동풀리와 상기 종동풀리에 결합되는 전동벨트;를 포함하는 레이저 신터링 장치.
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