KR102373953B1 - Three-dimensional printer with fixed table and up-down movable table and method for three-dimensional printing using the printer - Google Patents

Three-dimensional printer with fixed table and up-down movable table and method for three-dimensional printing using the printer Download PDF

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KR102373953B1
KR102373953B1 KR1020200133429A KR20200133429A KR102373953B1 KR 102373953 B1 KR102373953 B1 KR 102373953B1 KR 1020200133429 A KR1020200133429 A KR 1020200133429A KR 20200133429 A KR20200133429 A KR 20200133429A KR 102373953 B1 KR102373953 B1 KR 102373953B1
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이창우
이필호
정민교
하태호
허세곤
신현섭
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한국기계연구원
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Abstract

The present invention is to provide a three-dimensional printer and a printing method using the same to quickly perform printing while reducing consumption of a powder material when manufacturing a column-shaped structure. According to an embodiment of the present invention, provided is a three-dimensional printer of a powder lamination and fusion (PBF) type, comprising: an elevating table that defines at least a portion of the lower surface of a bed area of the printer and is movable in a vertical direction; a laser printing device for forming a structure by irradiating a powder material stacked on the elevating table with a laser; and a column-shaped fixed table disposed in the central portion of the bed area.

Description

고정 테이블 및 승강 테이블을 구비한 3차원 프린터 및 이를 이용한 3차원 프린팅 방법 {Three-dimensional printer with fixed table and up-down movable table and method for three-dimensional printing using the printer} {Three-dimensional printer with fixed table and up-down movable table and method for three-dimensional printing using the printer}

본 발명은 3차원 프린팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 프린터 베드의 일부 영역에만 분말 재료를 적층하고 3차원 구조물을 제작함으로써 분말 재료 사용량을 줄이고 신속한 프린팅 작업이 가능한 3차원 프린터 및 이를 이용한 3차원 프린팅 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a three-dimensional printing method, and more particularly, a three-dimensional printer capable of reducing the amount of powder material used and rapid printing by laminating a powder material only in a partial area of a printer bed and manufacturing a three-dimensional structure, and a 3D printer using the same It relates to a dimensional printing method.

3차원(3D) 프린팅 기술은 복잡한 3차원 형상 제작에 용이하고 다품종 소량생산 환경에 적합하여 각종 산업분야에서 수요가 증가하고 있다. 금속 분말을 이용한 3차원 프린팅 방식으로 PBF(Powder Bed Fusion) 방식이 있다. The three-dimensional (3D) printing technology is easy to produce complex three-dimensional shapes and is suitable for a small quantity production environment of various kinds, so the demand in various industrial fields is increasing. As a 3D printing method using metal powder, there is a PBF (Powder Bed Fusion) method.

PBF 방식은 평평한 바닥에 금속 분말을 한 층씩 적층한 후 레이저로 소결하여 구조물을 제작하는 방법으로 제작과 조작이 상대적으로 간편하며 다른 프린팅 방식에 비해 상대적으로 밀도가 높은 3차원 구조물을 제작하기에 용이하다. The PBF method is a method of manufacturing a structure by laminating metal powder layer by layer on a flat floor and then sintering it with a laser. Do.

도1은 종래의 일반적인 PBF 방식의 3차원 프린터의 일부 구성요소를 개략적으로 나타내었다. 종래 3차원 프린터는 레이저 출력장치(10), 레이저 조사장치(15) 등으로 이루어진 레이저 조사부 및 재료 공급부(3), 재료 회수부(5), 테이블(1), 액추에이터(2), 베드(B), 스크래퍼(6) 등으로 구성된 본체부를 포함한다. 1 schematically shows some components of a conventional 3D printer of a general PBF method. Conventional 3D printer includes a laser output device 10, a laser irradiation device 15, and the like, including a laser irradiation unit and a material supply unit 3, a material recovery unit 5, a table 1, an actuator 2, and a bed B ), and a body portion composed of a scraper 6 and the like.

스크래퍼(7)가 베드(B)의 일 측면에서 반대편 측면까지 베드(B)를 가로지르며 왕복하며 대략 30 내지 50 마이크로미터의 두께로 분말 재료(PW)를 적층하고 이 적층된 분말 재료에 레이저를 조사하여 구조물을 소결하여 형성한다. 그 후 베드(B)의 바닥면을 소정 간격 하강하고 스크래퍼(6)가 분말 재료를 다시 그 위에 적층하고 적층된 분말에 레이저를 조사하여 구조물을 형성하며 이와 같은 분말 적층 및 소결 동작을 반복하여 3차원 구조물을 형성한다. A scraper 7 reciprocates across the bed B from one side of the bed B to the opposite side, and laminates the powder material PW to a thickness of approximately 30 to 50 micrometers, and applies a laser to the layered powder material. It is formed by sintering the structure by irradiation. After that, the bottom surface of the bed (B) is lowered at a predetermined interval, the scraper (6) stacks the powder material again on it, and irradiates a laser to the stacked powder to form a structure. form a dimensional structure.

도2는 통 형상의 구조물(7)을 베드(B)의 위에서 바라본 모습을 개략적으로 도시하였는데, 이와 같이 내부가 비어있는 통형상의 구조물(7)을 제작할 경우 상술한 PBF 방식의 프린팅 작업은 상당히 비효율적인 방법이 된다. 예컨대 직경과 높이가 수십 센티미터의 원통 형상의 구조물(7)을 형성할 경우 분말 재료를 베드(B)에 다 채워서 작업해야 하는데 베드의 무게가 대략 수 톤 가량 되고 베드에 투입해야 할 분말 재료의 재료비도 수천만원 내지 수억원 가량 들 뿐만 아니라 작업시간도 몇일 내지 몇 주가 소요되므로 생산성이 크게 떨어지는 문제가 있다. 2 schematically shows a view from above of the tubular structure 7 of the bed B. When manufacturing the tubular structure 7 with an empty interior as described above, the above-described PBF printing operation is quite It's an inefficient way. For example, when forming the cylindrical structure 7 with a diameter and height of several tens of centimeters, the bed B must be fully filled with powder material. In addition to costing tens of thousands of won to hundreds of millions of won, there is a problem in that productivity is greatly reduced because it takes several days to several weeks to work.

특허문헌1: 한국 특허등록 제10-1855184호 (2018년 05월 11일 공고)Patent Document 1: Korean Patent Registration No. 10-1855184 (Notice on May 11, 2018) 특허문헌2: 한국 공개특허 제2016-0141144호 (2016년 12월 08일 공개)Patent Document 2: Korean Patent Publication No. 2016-0141144 (published on December 08, 2016)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 통형상의 구조물을 제작할 경우 분말 재료의 소비량을 줄이고 프린팅 작업도 신속히 수행할 수 있는 3차원 프린터 및 이를 이용한 프린팅 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional printer capable of reducing the consumption of powder material when manufacturing a cylindrical structure and quickly performing a printing operation, and a printing method using the same.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 분말적층용융(PBF) 방식의 3차원 프린터로서, 프린터의 베드 영역의 하부면의 적어도 일부를 정의하며 상하방향으로 이동가능한 승강 테이블; 상기 승강 테이블 위에 적층된 분말 재료에 레이저를 조사하여 구조물을 형성하는 레이저 출력장치; 및 상기 베드 영역의 중앙부에 배치된 기둥 형상의 고정 테이블;을 포함하고, 승강 테이블은 상기 고정 테이블이 관통할 수 있는 관통홀을 구비하고 고정 테이블이 상기 관통홀을 관통하여 설치되되, 프린팅 동작 전에는 승강 테이블과 고정 테이블의 상부면이 동일 높이에 위치하고, 프린팅 동작시 고정 테이블 높이는 고정되고 승강 테이블이 소정 간격씩 하강하도록 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 프린터를 제공한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a three-dimensional printer of the powder lamination and fusion (PBF) method, comprising: an elevating table that defines at least a portion of a lower surface of a bed area of the printer and is movable in the vertical direction; a laser output device for forming a structure by irradiating a laser to the powder material stacked on the lifting table; and a column-shaped fixed table disposed in the center of the bed area, wherein the lifting table has a through hole through which the fixed table can pass, and the fixed table is installed through the through hole, but before the printing operation There is provided a three-dimensional printer, characterized in that the upper surfaces of the lifting table and the fixed table are positioned at the same height, the fixed table height is fixed during a printing operation, and the lifting table is lowered by a predetermined interval.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 3차원 프린터를 이용한 프린팅 방법으로서, 분말 재료를 승강 테이블 상부에 도포하는 스크래퍼를 이용하여 승강 테이블 상부의 일부 영역에 분말 재료를 적층하는 적층 단계; 제작할 구조물의 2차원 형상 정보에 기초하여, 적층된 분말 재료에 레이저를 조사하여 2차원의 구조물 및 제1 장벽층을 소결하는 소결 단계; 및 상기 적층 단계와 소결 단계를 복수회 반복하여 3차원 구조물과 제1 장벽층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 장벽층은 승강 테이블 상부의 상기 일부 영역과 이를 제외한 나머지 영역을 구획하도록 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방법을 제공한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a printing method using the above-described three-dimensional printer, comprising: a lamination step of laminating a powder material on a partial area of an upper part of the lifting table using a scraper that applies the powder material to the upper part of the lifting table; a sintering step of sintering the two-dimensional structure and the first barrier layer by irradiating a laser to the stacked powder material based on the two-dimensional shape information of the structure to be manufactured; and repeating the lamination step and the sintering step a plurality of times to form a three-dimensional structure and a first barrier layer, wherein the first barrier layer divides the partial area of the upper part of the elevating table and the remaining area except this. It provides a three-dimensional printing method, characterized in that formed.

본 발명의 일 실시예에 따르면 통형상의 3차원 구조물 제작시 베드 전체에 분말 재료를 적층하지 않아도 되어 분말 재료를 불필요하게 낭비하지 않으며 스크래퍼의 이동 거리가 줄어들기 때문에 3차원 프린팅 작업을 신속히 수행할 수 있는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, it is not necessary to laminate the powder material on the entire bed during the production of the cylindrical three-dimensional structure, so that the powder material is not wasted unnecessarily. can have an effect.

도1은 종래의 예시적인 3차원 프린터를 설명하는 도면,
도2는 종래의 3차원 프린터의 문제점을 설명하는 도면,
도3 및 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 설명하기 위한 도면,
도5 내지 도7은 일 실시예에 따른 3차원 구조물 제작 방법을 설명하는 도면,
도8 내지 도10은 대안적 실시예에 따른 3차원 프린터의 테이블 구성을 설명하는 도면,
도11 및 도12는 일 실시예에 따른 장벽층을 이용한 3차원 구조물 형성방법을 설명하는 도면,
도13 및 도14는 대안적 실시예에 따른 장벽층을 이용한 3차원 구조물 형성방법을 설명하는 도면,
도15는 또 다른 대안적 실시예에 따른 장벽층을 이용한 3차원 구조물 형성방법을 설명하는 도면,
도16은 또 다른 대안적 실시예에 따른 경사진 장벽층을 이용한 3차원 구조물 형성방법을 설명하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a conventional exemplary three-dimensional printer;
2 is a view for explaining the problems of the conventional 3D printer;
3 and 4 are views for explaining a 3D printer according to an embodiment of the present invention;
5 to 7 are views for explaining a method of manufacturing a three-dimensional structure according to an embodiment;
8 to 10 are views for explaining a table configuration of a 3D printer according to an alternative embodiment;
11 and 12 are views for explaining a method of forming a three-dimensional structure using a barrier layer according to an embodiment;
13 and 14 are views for explaining a method of forming a three-dimensional structure using a barrier layer according to an alternative embodiment;
15 is a view for explaining a method of forming a three-dimensional structure using a barrier layer according to another alternative embodiment;
16 is a view for explaining a method of forming a three-dimensional structure using an inclined barrier layer according to another alternative embodiment.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed subject matter may be thorough and complete, and that the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '~을 포함한다', '~으로 구성되다' 또는 '~으로 이루어진다'라는 표현에서 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used in the specification, elements mentioned in the expressions 'comprising', 'consisting of' or 'consisting of' do not exclude the presence or addition of one or more other elements.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예를 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing the specific embodiments below, various specific contents have been prepared to more specifically explain and help the understanding of the invention. However, readers with enough knowledge in this field to understand the present invention It can be recognized that it can be used without specific content. In some cases, it should be mentioned in advance that parts which are commonly known in describing the invention and which are not largely related to the invention are not described in order to avoid confusion in describing the present invention.

이하의 실시예에서 본 발명의 3차원 프린터가 분말적층용융(PBF: Powder Bed Fusion) 방식의 프린터인 것으로 전제하고 설명한다. PBF 방식의 프린터는 분말 형태의 재료에 고에너지 빔(예컨대 레이저나 전자빔 등)을 조사하고 분말을 소결하여 물품을 제작하는 프린터이며, 당업계에서 SLS (Selective Laser Sintering), DMLS(Direct Metal Laser Sintering), SLM(Selective Laser Melting), 또는 EBM(Electron Beam Melting) 방식 등으로 언급되기도 한다. 따라서 본 발명은 PBF 프린터에 제한되지 않으며 분말 재료를 소결하여 물품을 제작하는 임의의 방식의 3차원 프린터에 적용될 수 있다. In the following examples, it is assumed that the three-dimensional printer of the present invention is a powder bed fusion (PBF) printer. The PBF type printer is a printer that irradiates a powder-type material with a high-energy beam (eg, laser or electron beam) and sinters the powder to produce an article. ), SLM (Selective Laser Melting), or EBM (Electron Beam Melting) method. Therefore, the present invention is not limited to the PBF printer, but can be applied to any 3D printer in which an article is manufactured by sintering a powder material.

도3 및 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 측단면을 개략적으로 도시하였고 도4는 도3의 프린터의 베드 영역을 개략적으로 도시하였다. 3 and 4 schematically show a side cross-section of a 3D printer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 schematically shows a bed area of the printer of FIG.

도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 레이저 조사부와 프린터 본체부(100)를 포함한다. 레이저 조사부는 분말 재료(60)를 소결하기 위한 레이저(L)를 출력하는 장치로서, 레이저 출력장치(10), 미러 등의 광학소자(11), 및 레이저 조사장치(15)로 구성될 수 있다. 레이저 출력장치(10)는 레이저를 생성하는 레이저 생성부를 포함할 수 있고 대안적으로 레이저 생성부(도시 생략)에서 생성된 레이저를 레이저 조사장치(15)측으로 전송하는 장치일 수도 있다. Referring to the drawings, it includes a three-dimensional laser irradiator and a printer body 100 according to an embodiment. The laser irradiation unit is a device for outputting a laser (L) for sintering the powder material 60 , and may include a laser output device 10 , an optical element 11 such as a mirror, and a laser irradiation device 15 . . The laser output device 10 may include a laser generator for generating a laser, or alternatively, a device for transmitting the laser generated by the laser generator (not shown) to the laser irradiation device 15 side.

분말 재료를 소결하기 위한 용도의 레이저로서 예컨대 30W 내지 1000W, 바람직하게는 500W의 에너지를 갖는 Nd:YAG 레이저를 사용할 수 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 구체적 실시 형태에 따라 다양한 파장과 출력 에너지의 레이저가 사용될 수 있다. As a laser for sintering powder materials, for example, an Nd:YAG laser having an energy of 30W to 1000W, preferably 500W, may be used, but the present invention is not limited thereto, and various wavelengths and output energy of various wavelengths and output energy according to specific embodiments may be used. A laser may be used.

레이저 출력장치(10)에서 출력된 레이저(L)는 광학소자(11) 또는 광섬유 등 하나 이상의 광학요소에 의해 레이저 조사장치(15)로 전달된다. 레이저 조사장치(15)는 베드에 적층된 분말 재료에 레이저(L)를 조사하여 분말 재료를 소결하여 3차원 구조물을 제작(프린팅)한다. 일 실시예에서 레이저 조사장치(15)는 갈바노 스캐너(Galvano scanner)로 구현될 수 있고, 레이저의 방향을 조정하여 프린팅 영역 내의 임의의 지점에 레이저를 조사할 수 있다.The laser L output from the laser output device 10 is transmitted to the laser irradiation device 15 by one or more optical elements such as the optical element 11 or optical fiber. The laser irradiation device 15 irradiates a laser (L) on the powder material stacked on the bed to sinter the powder material to fabricate (print) the three-dimensional structure. In one embodiment, the laser irradiation device 15 may be implemented as a galvano scanner, and may irradiate the laser to any point within the printing area by adjusting the direction of the laser.

도면에 도시하지 않았지만 일 실시예에서 레이저 조사장치(15)를 베드에 평행한 평면(즉 X-Y 평면)을 따라 이송하는 이송기구를 더 포함할 수 있다. 추가적으로, 이송기구가 레이저 조사장치(15)를 수직 방향(즉 Z축 방향)으로 이송할 수도 있다. Although not shown in the drawing, in one embodiment, a transport mechanism for transporting the laser irradiation device 15 along a plane parallel to the bed (that is, the X-Y plane) may be further included. Additionally, the transport mechanism may transport the laser irradiation device 15 in the vertical direction (ie, the Z-axis direction).

본 발명의 일 실시예에서 프린터의 본체부(100)는 재료 공급부(41), 재료 회수부(43), 베드(B), 승강 테이블(20), 고정 테이블(50), 및 스크래퍼(70)를 구비할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the printer body 100 includes a material supply unit 41 , a material recovery unit 43 , a bed B, a lifting table 20 , a fixed table 50 , and a scraper 70 . can be provided.

재료 공급부(41)는 분말 재료(PW)를 저장하고 일정량씩 상부로 배출한다. 예를 들어 도면에 도시한 것처럼 재료 공급부(41)의 하부에 승강부(42)가 설치되어 일정 높이만큼 상승하면서 재료 공급부(41) 내의 분말 재료(PW)를 일정량씩 밖으로 배출할 수 있다. 본 발명에서 분말 재료(PW)는 레이저에 의해 소결가능한 임의의 재질의 분말일 수 있다. 예를 들어 일 실시예에서 분말 재료가 금속 분말 또는 플라스틱 수지재 분말일 수 있다. 대안적으로, 재료 공급부(41)가 하나 이상 구비되어 한 종류 이상의 분말 재료를 사용할 수도 있다. The material supply unit 41 stores the powder material PW and discharges it upward by a predetermined amount. For example, as shown in the drawing, the elevating unit 42 is installed at the lower portion of the material supply unit 41 so that the powder material PW in the material supply unit 41 can be discharged by a predetermined amount while ascending by a predetermined height. In the present invention, the powder material (PW) may be a powder of any material that can be sintered by a laser. For example, in one embodiment, the powder material may be a metal powder or a plastic resin material powder. Alternatively, one or more material supply units 41 may be provided to use one or more types of powder materials.

베드(B)는 분말 재료(PW)를 수용할 수 있도록 본체부(100)에 형성된다. 일 실시예에서 베드(B)의 내부 영역은 하부의 승강 테이블(20)과 이를 둘러싸는 본체부(100)의 네 측면의 측벽에 의해 정의된다. The bed B is formed in the body portion 100 to receive the powder material PW. In one embodiment, the inner region of the bed B is defined by the lower elevation table 20 and the sidewalls of the four sides of the body portion 100 surrounding it.

승강 테이블(20)은 프린터의 베드(B) 영역의 하부면의 적어도 일부를 정의하며 상하방향으로 이동할 수 있도록 구성된다. 도시한 실시예에서 승강 테이블(20)은 적어도 2개의 제1 액추에이터(30)에 탈착 가능하게 체결되어 상하방향 승강할 수 있다. 승강 테이블(20)은 예컨대 2개의 제1 액추에이터(30) 상부의 체결부(31)에 탈착 가능하게 체결되어 액추에이터(30)에 결합될 수 있다. The lifting table 20 defines at least a part of the lower surface of the bed (B) area of the printer and is configured to be movable in the vertical direction. In the illustrated embodiment, the lifting table 20 is detachably fastened to the at least two first actuators 30 to be able to ascend and descend in the vertical direction. The lifting table 20 may be coupled to the actuator 30 by being detachably fastened to the fastening part 31 of the upper part of the two first actuators 30 , for example.

고정 테이블(50)은 기둥 형상의 부재이며 베드(B) 영역의 대략 중앙부에 배치될 수 있다. 이 때 승강 테이블(20)은 고정 테이블(50)이 관통할 수 있는 관통홀(21)을 구비하며, 고정 테이블(50)이 관통홀(21)을 관통하여 설치된다. 예를 들어 도4에 도시한 것처럼 위에서 볼 때 고정 테이블(50)이 베드(B)의 대략 중앙부에 위치하고 승강 테이블(20)이 고정 테이블(50)을 둘러싸고 있는 형상이 된다. The fixed table 50 is a column-shaped member and may be disposed at an approximately central portion of the bed (B) area. At this time, the lifting table 20 has a through hole 21 through which the fixed table 50 can pass, and the fixed table 50 is installed through the through hole 21 . For example, as shown in FIG. 4 , when viewed from above, the fixed table 50 is positioned at a substantially central portion of the bed B and the lifting table 20 surrounds the fixed table 50 .

프린팅 동작을 개시하기 전에는 도3에 도시한 것처럼 승강 테이블(20)과 고정 테이블(50)의 상부면이 동일 높이에 위치한다. 프린팅 동작을 개시하면 고정 테이블(50)은 움직이지 않고 고정되어 있어 높이가 변하지 않고 승강 테이블(20)이 액추에이터(30)에 의해 소정 간격씩 하강하게 된다. 일 실시예에서 승강 테이블(20)은 액추에이터(30)에 의해 예컨대 1회에 대략 30㎛ 내지 50㎛ 높이씩 하강할 수 있다. 1회 하강할 때마다 재료 공급부(41)에서 분말 재료(PW)가 본체부(100) 상부로 배출되면 스크래퍼(70)가 배출된 분말을 베드(B)측으로 밀어서 승강 테이블(20)의 상부면에 일정하게 도포한다. 즉 도4에 도시한 것과 같이 본체부(100)의 (도면상에서) 왼쪽의 기설정된 위치에 배치된 스크래퍼(70)가 오른쪽의 기설정된 위치(예컨대 스크래퍼(70')의 위치)까지 거리(d1)를 이동하며 분말 재료(PW)를 승강 테이블(20) 상부면에 균일하게 도포하고 도포 후 남은 잔여 분말 재료를 재료 회수부(43)로 회수한다. 이와 같이 베드(B)에 분말 재료가 한 층씩 적층될 때마다 레이저 조사장치(15)가 2차원 구조물의 형상 정보에 기초하여 분말 재료에 레이저(L)를 조사하여 소결하는 동작을 반복하여 3차원 구조물을 제작할 수 있다. Before starting the printing operation, the upper surfaces of the lifting table 20 and the fixed table 50 are positioned at the same height as shown in FIG. 3 . When the printing operation is started, the fixed table 50 is fixed without moving, so that the height does not change and the lifting table 20 is lowered by the actuator 30 at a predetermined interval. In one embodiment, the lifting table 20 may be lowered by, for example, a height of approximately 30 μm to 50 μm at a time by the actuator 30 . When the powder material (PW) is discharged to the upper part of the body part 100 from the material supply unit 41 every time it descends once, the scraper 70 pushes the discharged powder toward the bed (B) to the upper surface of the lifting table 20 Apply evenly to That is, as shown in FIG. 4 , the scraper 70 disposed at a preset position on the left (in the drawing) of the main body 100 is a distance d1 from a preset position on the right (eg, the position of the scraper 70'). ) to uniformly apply the powder material PW to the upper surface of the lifting table 20 , and recover the remaining powder material after application to the material recovery unit 43 . In this way, whenever the powder material is stacked on the bed (B) layer by layer, the laser irradiation device 15 repeats the operation of irradiating the laser (L) to the powder material based on the shape information of the two-dimensional structure and sintering the three-dimensional structures can be crafted.

한편 본 발명의 대안적 실시예에서 프린터의 본체부(100)는 구체적 실시 형태에 따라 재료 공급부(41), 재료 회수부(43), 및 베드(B)의 구조나 배치관계가 달라질 수 있다. 예를 들어 도면에 도시한 실시예에서는 베드(B)의 좌측에 재료 공급부(41)가 배치되고 우측에 재료 회수부(43)가 배치되어 있지만 대안적 실시예에서 재료 공급부(41)와 회수부(43)가 베드(B)의 한쪽에 모두 위치할 수도 있다. 또한 재료 공급부(41)가 본체부(100) 내에 매설되지 않고 본체부(100)의 상부에 배치되거나 스크래퍼(70) 내부에 위치할 수도 있고 이 경우 분말 재료(PW)가 본체부(100)의 상부에서 베드(B) 영역으로 떨어지며 공급될 수 있다. Meanwhile, in an alternative embodiment of the present invention, the structure or arrangement of the material supply unit 41 , the material recovery unit 43 , and the bed B of the main body 100 of the printer may vary according to specific embodiments. For example, in the embodiment shown in the drawings, the material supply 41 is arranged on the left side of the bed B and the material recovery unit 43 is arranged on the right side, but in an alternative embodiment the material supply 41 and the recovery unit (43) may be all located on one side of the bed (B). In addition, the material supply part 41 is not embedded in the body part 100, but may be disposed on the upper part of the body part 100 or located inside the scraper 70. In this case, the powder material (PW) of the body part 100 It can be supplied by falling from the upper part to the bed (B) area.

도5 내지 도7은 일 실시예에 따른 3차원 구조물 제작 방법을 나타내며, 특히 원통 형상의 구조물을 형성하는 단계를 나타낸다. 설명의 편의를 위해 도면에서는 승강 테이블(20)과 고정 테이블(50), 및 이를 둘러싸는 본체부(100)의 측벽들, 그리고 스크래퍼(70)만을 측면에서 바라본 모습을 개략적으로 나타내었다. 5 to 7 show a method of manufacturing a three-dimensional structure according to an embodiment, in particular, a step of forming a structure having a cylindrical shape. For convenience of explanation, the drawing schematically shows only the elevation table 20 and the fixed table 50, the sidewalls of the main body 100 surrounding it, and the scraper 70 when viewed from the side.

도5(a)를 참조하면, 스크래퍼(70)가 거리(d1)를 왕복하며 베드(B)에 분말 재료(PW)를 적층한다. 즉 도시한 일 실시예에서 스크래퍼(70)가 최초의 대기 지점(예컨대 도면에서 실선으로 도시한 스크래퍼(70)의 위치)에서부터 기설정된 소정 거리(d1) 떨어진 반환 지점(예컨대 도면에서 점선으로 표시한 스크래퍼(70')의 위치)까지 이동한 뒤 대기 지점으로 다시 복귀한다. 이 때 고정 테이블(50)은 하강하지 않은 상태이고 고정 테이블(50)의 상부면과 스크래퍼(70)의 하단부가 동일 높이에 있으므로 고정 테이블(50)의 상부면에는 분말 재료(PW)가 도포되지 않는다. Referring to Fig. 5 (a), the scraper 70 reciprocates a distance d1 to laminate the powder material PW on the bed B. That is, in the illustrated embodiment, the scraper 70 is a return point (eg, indicated by a dotted line in the drawing) that is a predetermined distance d1 away from the initial waiting point (eg, the position of the scraper 70 shown by a solid line in the drawing). After moving to the position of the scraper 70'), it returns to the standby point again. At this time, since the fixed table 50 is not lowered and the upper surface of the fixed table 50 and the lower end of the scraper 70 are at the same height, the powder material PW is not applied to the upper surface of the fixed table 50. does not

그 후 도5(b)에 도시한 것처럼, 레이저 조사장치(15)에서 분말 재료(PW)에 레이저를 조사하여 2차원 구조물(200)을 소결하여 형성한다. 이 때 생성되는 2차원 구조물(200)은 원통 형상의 고정 테이블(50) 둘레를 따라 링(환형) 형상으로 형성된다. 여기서 2차원 구조물은 프린터로 제작하려는 3차원 구조물을 일정 간격씩 수평 방향으로 슬라이싱한 형상이며, 실제로는 적층된 분말 재료(PW) 만큼의 두께를 갖고 있어 3차원 형상이지만 최종적인 3차원 구조물과의 구별을 위해 본 명세서에서는 2차원 구조물로 언급함을 당업자는 이해할 것이다. Thereafter, as shown in FIG. 5( b ), the two-dimensional structure 200 is sintered and formed by irradiating a laser to the powder material PW from the laser irradiation device 15 . The two-dimensional structure 200 generated at this time is formed in a ring (annular) shape along the circumference of the fixed table 50 having a cylindrical shape. Here, the two-dimensional structure is a shape obtained by slicing a three-dimensional structure to be produced by a printer in the horizontal direction at regular intervals. It will be understood by those skilled in the art that, for the sake of distinction, reference is made to a two-dimensional structure herein.

그 후 화살표로 표시한 것처럼 액추에이터(30)의 구동에 의해 승강 테이블(20)을 소정 간격 하강시키고, 도6(a)에 도시한 것처럼 스크래퍼(70)가 거리(d1)를 왕복하며 베드(B)에 분말 재료(PW)를 다시 적층한다. 고정 테이블(50)은 움직이지 않으므로 고정 테이블(50) 위에는 분말 재료가 적층되지 않으며 승강 테이블(20) 위에 분말 재료(PW)가 적층된다. 그 후 도6(b)와 같이 레이저를 조사하여 링 형상의 2차원 구조물(200)을 소결하여 형성하고 승강 테이블(20)을 다시 아래로 소정 간격 하강시킨다. 이와 같은 동작을 반복하면 소정 높이의 원통 형상 구조물(200)을 형성할 수 있다. After that, as indicated by the arrow, the lifting table 20 is lowered at a predetermined interval by driving the actuator 30, and the scraper 70 reciprocates the distance d1 as shown in FIG. ) is again laminated with the powder material (PW). Since the fixed table 50 does not move, the powder material is not stacked on the fixed table 50 and the powder material PW is stacked on the lifting table 20 . Thereafter, as shown in FIG. 6(b), the ring-shaped two-dimensional structure 200 is sintered and formed by irradiating a laser, and the lifting table 20 is lowered again by a predetermined interval. By repeating this operation, it is possible to form the cylindrical structure 200 having a predetermined height.

한편 대안적인 실시예에서 고정 테이블(50)을 제한된 범위 내에서 소정 높이 하강운동이 가능하도록 구성할 수 있으며, 이 경우 한쪽 단부가 폐쇄된 컵 형상의 구조물을 만들 수 있다. 예를 들어 승강 테이블(20)과 고정 테이블(50)을 모두 소정 간격 아래로 하강시키고 그 위를 분말 재료(PW)로 적층하면 도7(a)와 같이 승강 테이블(20)과 고정 테이블(50) 모두에 소정 높이의 분말 재료(PW)가 도포되고, 레이저로 소결하여 도7(b)에 도시한 것과 같이 원통형 측면부(200a)와 바닥면(200b)으로 구성된 컵 형상의 구조물(200)을 만들 수 있다. On the other hand, in an alternative embodiment, the fixed table 50 can be configured to move down to a predetermined height within a limited range, and in this case, a cup-shaped structure with one end closed can be made. For example, when both the lifting table 20 and the fixed table 50 are lowered below a predetermined interval and layered thereon with powder material (PW), the lifting table 20 and the fixed table 50 as shown in FIG. ) are coated with a powder material (PW) of a predetermined height, and sintered with a laser to form a cup-shaped structure 200 composed of a cylindrical side part 200a and a bottom surface 200b as shown in FIG. 7(b). can make

도8 내지 도10은 대안적 실시예에 따른 3차원 프린터의 테이블 구성을 나타낸다. 8 to 10 show a table configuration of a three-dimensional printer according to an alternative embodiment.

도8은 도3의 승강 테이블(20)과 고정 테이블(50)을 하나의 일체형의 테이블(22)로 교체한 경우를 나타낸다. 즉 고정 테이블(20)과 승강 테이블(50)을 프린터에서 탈거하고 베드(B) 영역의 전체 하부면을 정의하는 일체형 승강 테이블(22)을 2개의 제1 액추에이터(30)의 체결부(31)에 체결할 수 있다. 일체형 승강 테이블(22)은 제1 액추에이터(30)의 동작에 의해 승강 운동할 수 있으며, 따라서 통형상의 구조물이 아닌 일반적인 형상의 구조물을 제작해야 할 경우 도8과 같이 일체형 승강 테이블(22)로 교체하여 3차원 구조물을 제작할 수 있다. 8 shows a case in which the elevating table 20 and the fixed table 50 of FIG. 3 are replaced with a single integrated table 22. As shown in FIG. That is, the fixed table 20 and the lifting table 50 are removed from the printer, and the integral lifting table 22 defining the entire lower surface of the bed (B) area is attached to the fastening part 31 of the two first actuators 30. can be concluded on The integrated lifting table 22 can be moved up and down by the operation of the first actuator 30. Therefore, when it is necessary to manufacture a structure of a general shape rather than a cylindrical structure, as shown in FIG. 8, the integrated lifting table 22 is used. It can be replaced to create a 3D structure.

도9는 고정 테이블(50)을 소정 범위 내에서 승강이 가능한 구조로 교체한 경우를 나타낸다. 즉 도9에서와 같이 프린터에 추가의 제2 액추에이터(60)를 설치하고 제2 액추에이터(60)의 체결부에 승강 테이블(51)을 체결하여 설치할 수 있다. 승강 테이블(51)은 도3과 도4의 고정 테이블(50)과 유사한 기둥 형상을 갖지만 제2 액추에이터(60)에 의해 소정 범위에서 하강운동이 가능하다. 이 실시예에서는 승강 테이블(51)이 아래로 하강할 수 있으므로, 예컨대 도7(b)에 도시한 것처럼 원통 형상의 측면부(200a)와 바닥면(200b)으로 구성된 구조물(200)을 제작할 수 있는 이점이 있다. 9 shows a case in which the fixed table 50 is replaced with a structure capable of lifting and lowering within a predetermined range. That is, as shown in FIG. 9 , an additional second actuator 60 may be installed in the printer, and the lifting table 51 may be fastened to the fastening portion of the second actuator 60 to be installed. The elevating table 51 has a column shape similar to that of the fixed table 50 of FIGS. 3 and 4 , but a lowering motion is possible in a predetermined range by the second actuator 60 . In this embodiment, since the elevating table 51 can be descended, for example, as shown in FIG. There is an advantage.

또한 도9의 실시예에서 예컨대 도8의 일체형 승강 테이블(22)을 설치하고자 할 경우, 도9에서 승강 테이블(20,51)을 모두 탈거하고 제2 액추에이터(60)에 일체형 승강 테이블(22)을 체결하거나 또는 대안적으로 2개의 제1 액추에이터(30)에 일체형 승강 테이블(22)을 체결할 수도 있다. In addition, in the embodiment of Fig. 9, for example, if the integrated lifting table 22 of Fig. 8 is to be installed, both the lifting tables 20 and 51 are removed in Fig. 9 and the integrated lifting table 22 is attached to the second actuator 60. Alternatively, the integrated lifting table 22 may be fastened to the two first actuators 30 .

도10의 실시예는 승강 테이블(20)과 고정 테이블(50)을 위에서 바라본 모습을 나타내며, 일 실시예에서는 고정 테이블(50)이 사각 기둥 형상이며 승강 테이블(20)의 사각형의 관통홀(21)을 고정 테이블(50)이 관통하며 설치되어 있다. 즉 고정 테이블(50)은 원형의 기둥 형상일 필요가 없으며 제작하고자 하는 구조물의 형태에 따라 사각형, 오각형 등 임의의 다각형 형상의 단면을 갖는 기둥 형상의 고정 테이블(50)을 사용하고 그에 대응하여 승강 테이블(20)의 관통홀(21)도 이와 동일한 형상의 관통홀을 갖는 승강 테이블을 사용할 수 있다. The embodiment of FIG. 10 shows the elevation table 20 and the fixed table 50 as viewed from above. In one embodiment, the stationary table 50 has a rectangular column shape and a rectangular through hole 21 of the elevation table 20 is provided. ) through the fixed table 50 is installed. That is, the fixed table 50 does not need to have a circular column shape, and according to the shape of the structure to be manufactured, a column-shaped fixed table 50 having a cross section of an arbitrary polygonal shape such as a rectangle or a pentagon is used and elevates accordingly The through hole 21 of the table 20 may also use a lifting table having a through hole of the same shape.

도11 및 도12는 또 다른 일 실시예에 따라 3차원 구조물을 형성하는 방법을 나타내며, 도11은 프린터 장치의 베드(B)를 옆에서 본 모습이고 도12는 위에서 본 모습이다. 11 and 12 show a method of forming a three-dimensional structure according to another exemplary embodiment, FIG. 11 is a side view of the bed B of the printer apparatus, and FIG. 12 is a view from above.

우선 승강 테이블(20)을 소정 간격 하강시키고 도11(a)과 도12(a)에 도시한 것처럼 스크래퍼(70)를 이용하여 분말 재료(PW)을 승강 테이블(20)의 상부면에 도포한다. 이 때 스크래퍼(70)는 기설정된 대기 지점(예컨대 도11(a)에서 실선으로 도시한 스크래퍼(70)의 위치)에서부터 기설정된 소정 거리(d2) 떨어진 반환 지점(예컨대 도면에서 점선으로 표시한 스크래퍼(70')의 위치)까지만 이동한 뒤 대기 지점으로 다시 복귀하며, 따라서 승강 테이블(20)의 전체 상부면에 분말 재료를 적층하는 것이 아니라 일부 영역에만 적층한다. First, the lifting table 20 is lowered at a predetermined interval, and as shown in Figs. 11 (a) and 12 (a), the powder material PW is applied to the upper surface of the lifting table 20 using a scraper 70. . At this time, the scraper 70 is a return point (for example, a scraper indicated by a dotted line in the drawing) that is a predetermined distance d2 away from a predetermined waiting point (eg, the position of the scraper 70 illustrated by a solid line in FIG. 11A ). After moving only to the position of 70'), it returns to the standby point again, and therefore, the powder material is not laminated on the entire upper surface of the lifting table 20, but only in a partial area.

그 후 도12(b)에 도시한 것처럼 레이저를 조사하여 고정 테이블(50) 주위에 링 형상의 구조물(200)을 형성하며 이 때 구조물(200)의 주위에 장벽층(80)도 동시에 형성한다. 장벽층(80)은 승강 테이블(20) 상부에서 분말 재료(PW)가 적층되는 영역과 적층되지 않는 영역을 구획하는 역할을 한다. 예를 들어, 베드(B) 영역의 제1 측면쪽에 스크래퍼(70)의 대기 지점이 위치할 경우, 장벽층(80)은 상기 제1 측면과 마주보는 베드(B) 영역의 제2 측면과 고정 테이블(50) 사이의 기설정된 위치에 형성될 수 있다. 장벽층(80)은 예를 들어 도12(b)에 도시한 것처럼 위에서 볼 때 베드(B)의 폭방향으로 일정 길이를 갖는 직선 형상으로 형성될 수 있으며, 대안적 실시예에서 환형의 구조물(200) 주위를 일부 둘러싸도록 원호(arc) 형상으로 형성될 수도 있다. Then, as shown in FIG. 12(b), a ring-shaped structure 200 is formed around the fixed table 50 by irradiating a laser, and at this time, a barrier layer 80 is also formed around the structure 200 at the same time. . The barrier layer 80 serves to partition an area in which the powder material PW is stacked and an area in which the powder material PW is not stacked on the elevating table 20 . For example, when the standby point of the scraper 70 is located on the first side of the bed (B) area, the barrier layer 80 is fixed to the second side of the bed (B) area facing the first side. It may be formed at a predetermined position between the tables 50 . The barrier layer 80 may be formed in a straight shape having a certain length in the width direction of the bed B when viewed from above, for example, as shown in FIG. 12(b), and in an alternative embodiment, an annular structure ( 200) may be formed in an arc shape to partially surround the periphery.

스크래퍼(70)가 대기 지점(예컨대 스크래퍼(70)의 지점)에서 반환 지점(예컨대 스크래퍼(70')의 지점)까지 왕복하며 분말 재료를 적층하고 레이저로 구조물(200)과 장벽층(80)을 형성하는 작업을 복수회 반복하면 도11(c)에 도시한 것처럼 원통 형상의 구조물(200)과 일직선의 벽면 형상을 갖는 장벽층(80)을 형성한다. 이 때 장벽층(80)은 분말 재료(PW)의 적층이 무너지는 것을 방지하기 위해 3차원 구조물(200)로부터 일정 거리(예를 들어, 수 밀리미터 내지 수 센티미터) 이격되어 구조물(200)의 적어도 한 면을 보호하도록 형성된다. The scraper 70 reciprocates from the stand-by point (eg, the point of the scraper 70) to the return point (eg, the point of the scraper 70') to deposit the powder material and laser to the structure 200 and the barrier layer 80. If the forming operation is repeated a plurality of times, the barrier layer 80 having a wall shape in a straight line with the cylindrical structure 200 is formed as shown in FIG. 11(c). At this time, the barrier layer 80 is spaced apart from the three-dimensional structure 200 by a certain distance (eg, several millimeters to several centimeters) to prevent the stacking of the powder material PW from collapsing. It is formed to protect one side.

이와 같이 구조물(200) 주위에 장벽층(80)을 형성함으로써 장벽층(80)이 베드(B) 중 분말 재료가 적층되는 영역과 적층되지 않는 영역을 구획하는 역할을 하며 분말 재료(PW)가 구조물(200) 주위에 균일하고 평탄하게 적층될 수 있도록 한다. By forming the barrier layer 80 around the structure 200 in this way, the barrier layer 80 serves to partition an area where the powder material is stacked and an area where the powder material is not stacked in the bed B, and the powder material PW is To be able to be stacked uniformly and flatly around the structure 200 .

일 실시예에서 장벽층(80)은 가능한 한 구조물(200)을 가깝게 둘러싸도록 형성하는 것이 바람직하며, 장벽층(80)의 두께나 형상 그리고 형성 위치는 구체적 실시예에 따라 달라질 수 있다. 3차원 구조물(200)을 완성했을 때 장벽층(80)은 승강 테이블(20)에서 분리되어 버려지게 된다. 그러므로 장벽층(80) 형성시 조사되는 레이저 조사량을 줄이고 버려지는 분말 재료의 양도 줄이기 위해 장벽층(80)의 폭은 가능하면 좁은 것이 바람직하다. 일 실시예에서 장벽층(80)의 폭은 1 밀리미터일 수 있으며, 구체적 실시 형태에 따라 장벽층(80)의 폭이 이보다 작거나 클 수 있다.In one embodiment, the barrier layer 80 is preferably formed to surround the structure 200 as close as possible, and the thickness, shape, and formation position of the barrier layer 80 may vary depending on specific embodiments. When the three-dimensional structure 200 is completed, the barrier layer 80 is separated from the lifting table 20 and discarded. Therefore, it is preferable that the width of the barrier layer 80 be as narrow as possible in order to reduce the amount of laser irradiation when forming the barrier layer 80 and also reduce the amount of wasted powder material. In one embodiment, the width of the barrier layer 80 may be 1 millimeter, and according to a specific embodiment, the width of the barrier layer 80 may be smaller or larger than this.

또한 이 실시예에서 스크래퍼(70)는 베드(B)의 일 측면에서부터 장벽층(80)까지 분말 재료(PW)를 균일하고 평탄하게 적층하면 충분하므로 장벽층(80)을 통과한 직후 또는 장벽층(80)의 통과 후 임의의 반환 지점까지 이동한 뒤 복귀할 수 있으며 발명의 구체적 실시 형태에 따라 반환 지점이 달라질 수 있다. 일반적으로 한번 사용된 분말을 재사용할 수 있지만 분말을 자주 사용하면 분말이 산화되거나 손상되기 때문에 가능하면 재사용되는 분말량을 줄이는 것이 바람직하다. 따라서 장벽층(80) 바깥 영역에서 버려지는 분말 재료의 양을 줄이기 위해, 일 실시예에서, 스크래퍼(70)의 반환 지점을 장벽층(80)의 상부 또는 장벽층(80)의 상부를 통과한 직후의 지점으로 설정할 수 있다. In addition, in this embodiment, the scraper 70 is sufficient to uniformly and evenly laminate the powder material PW from one side of the bed B to the barrier layer 80, immediately after passing through the barrier layer 80 or the barrier layer After passing (80), it can move to any return point and then return, and the return point may vary according to a specific embodiment of the invention. In general, the powder that has been used once can be reused, but it is desirable to reduce the amount of powder reused if possible, since frequent use of the powder will oxidize or damage the powder. Thus, in order to reduce the amount of powder material wasted in the area outside the barrier layer 80 , in one embodiment, the return point of the scraper 70 is passed through the top of the barrier layer 80 or the top of the barrier layer 80 . It can be set to the point immediately after.

상술한 실시예에 따르면 원통 구조물(200)의 제작시 베드(B) 중앙에 통형상의 고정 테이블(50)을 배치하고 장벽층(80)과 함께 원통 구조물(200)을 형성하기 때문에 고정 테이블(50)의 부피만큼의 분말 재료 및 장벽층(80) 바깥 영역의 부피만큼의 분말 재료를 사용하지 않아도 되며 따라서 분말 재료를 사용량을 대폭 절약하고 스크래퍼(70)의 이동 거리도 줄일 수 있어 구조물을 단시간에 제작할 수 있는 이점이 있다. According to the above-described embodiment, when the cylindrical structure 200 is manufactured, the cylindrical fixed table 50 is arranged in the center of the bed B and the cylindrical structure 200 is formed together with the barrier layer 80, so the fixed table ( 50) as much as the volume of powder material and as much as the volume of the area outside the barrier layer 80, it is not necessary to use the powder material as much as the volume of the area outside the barrier layer 80, so the amount of powder material used can be greatly reduced and the movement distance of the scraper 70 can be reduced, so that the structure can be shortened in a short time. There is an advantage that can be produced in

도13 및 도14는 대안적 실시예에 따른 장벽층을 이용한 3차원 구조물 형성방법을 나타내며, 도13은 프린터 장치의 베드(B)를 옆에서 본 모습이고 도14는 위에서 본 모습이다. 13 and 14 show a method of forming a three-dimensional structure using a barrier layer according to an alternative embodiment, wherein FIG. 13 is a side view of a bed B of the printer apparatus, and FIG. 14 is a view from above.

승강 테이블(20)을 소정 간격 하강시키고 도13(a)과 도14(a)에 도시한 것처럼 스크래퍼(70)를 이용하여 분말 재료(PW)을 승강 테이블(20)의 상부면의 일부에 도포한다. 이 때 스크래퍼(70)는 분말재료 공급관(75)을 내부에 구비하며 따라서 공급관(75)을 통해 분말 재료(PW)를 승강 테이블(20) 상부에 공급하면서 동시에 스크래퍼(70)의 하단부로 가압하며 분말 재료(PW)를 일정한 높이로 적층할 수 있다고 가정한다. The lifting table 20 is lowered at a predetermined interval, and powder material PW is applied to a part of the upper surface of the lifting table 20 using a scraper 70 as shown in FIGS. 13(a) and 14(a). do. At this time, the scraper 70 is provided with a powder material supply pipe 75 therein, and thus the powder material (PW) is supplied to the upper part of the lifting table 20 through the supply pipe 75 and at the same time pressurized to the lower end of the scraper 70, It is assumed that the powder material (PW) can be stacked at a constant height.

이러한 스크래퍼(70)를 사용할 경우, 스크래퍼(70)는 기설정된 대기 지점(예컨대 도13(a)에서 실선으로 도시한 스크래퍼(70)의 위치)에서부터 기설정된 소정 거리(d3) 떨어진 반환 지점(예컨대 도면에서 점선으로 표시한 스크래퍼(70')의 위치)까지만 이동한 뒤 대기 지점으로 다시 복귀하며, 따라서 도11과 도12의 실시예에 비해 승강 테이블(20)의 더 적은 면적에 분말 재료를 적층할 수 있다. When using such a scraper 70, the scraper 70 is a return point (eg, a predetermined distance d3) away from a predetermined standby point (eg, the position of the scraper 70 shown by a solid line in FIG. 13(a)). It moves only to the position of the scraper 70 ′ indicated by the dotted line in the drawing) and then returns to the standby point again, so that the powder material is laminated on a smaller area of the lifting table 20 compared to the embodiment of FIGS. 11 and 12 . can do.

그 후 도14(b)에 도시한 것처럼 레이저를 조사하여 고정 테이블(50) 주위에 링 형상의 구조물(200)을 형성하며 이와 동시에 구조물(200)의 양쪽에 장벽층(80)을 각각 하나씩 형성한다. 장벽층(80)은 승강 테이블(20) 상부에서 분말 재료(PW)가 적층되는 영역과 적층되지 않는 영역을 구획하는 역할을 한다. 예를 들어, 베드(B) 영역의 제1 측면쪽에 스크래퍼(70)의 대기 지점이 위치할 경우, 장벽층(80)은 제1 측면과 고정 테이블(50) 사이의 기설정된 제1 위치 및 상기 제1 측면과 마주보는 베드(B) 영역의 제2 측면과 고정 테이블(50) 사이의 기설정된 제2 위치에 각각 형성될 수 있다. 도14(b)에 도시한 것처럼 위에서 볼 때 장벽층(80)은 베드(B)의 폭방향으로 일정 길이를 갖는 직선 형상으로 형성될 수 있으나 대안적 실시예에서 환형의 구조물(200) 주위를 일부 둘러싸도록 원호(arc) 형상으로 각각 형성될 수도 있다. Then, as shown in FIG. 14(b), a ring-shaped structure 200 is formed around the fixed table 50 by irradiating a laser, and at the same time, one barrier layer 80 is formed on each side of the structure 200. do. The barrier layer 80 serves to partition an area in which the powder material PW is stacked and an area in which the powder material PW is not stacked on the elevating table 20 . For example, when the waiting point of the scraper 70 is located on the first side of the bed (B) area, the barrier layer 80 is located at a predetermined first position between the first side and the fixed table 50 and the The second side of the bed (B) region facing the first side and may be respectively formed at a second predetermined position between the fixed table (50). As shown in Fig. 14 (b), the barrier layer 80 may be formed in a straight shape having a certain length in the width direction of the bed B when viewed from above, but in an alternative embodiment, the barrier layer 80 is formed around the annular structure 200 in an alternative embodiment. Each may be formed in an arc shape so as to partially surround it.

스크래퍼(70)가 거리(d3)를 왕복하며 분말 재료를 적층하고 레이저로 구조물(200)과 양쪽의 장벽층(80)을 형성하는 작업을 복수회 반복하면 도13(c)에 도시한 것처럼 원통 형상의 구조물(200)과 일직선의 벽면 형상의 2개의 장벽층(80)을 형성한다. 이 때 각각의 장벽층(80)은 분말 재료(PW)의 적층이 무너지는 것을 방지하기 위해 3차원 구조물(200)로부터 일정 거리(예를 들어, 수 밀리미터 내지 수 센티미터) 이격되어 구조물(200)의 한쪽 측면씩을 보호하도록 형성된다. If the scraper 70 reciprocates the distance d3, laminates the powder material, and forms the structure 200 and the barrier layers 80 on both sides with a laser, repeating a plurality of times, as shown in Fig. 13(c), a cylinder The structure 200 and the two barrier layers 80 in the shape of a straight wall are formed. At this time, each barrier layer 80 is spaced apart from the three-dimensional structure 200 by a certain distance (eg, several millimeters to several centimeters) to prevent the stacking of the powder material PW from collapsing. It is formed to protect one side of each.

도15는 또 다른 대안적 실시예에 따른 3차원 구조물과 장벽층을 나타내는 것으로, 도15(a)는 베드(B) 영역을 위에서 바라본 모습이고 도15(b)는 측면에서 바라본 단면을 개략적으로 나타낸다. Fig. 15 shows a three-dimensional structure and a barrier layer according to another alternative embodiment, in which Fig. 15 (a) is a top view of the bed (B) region, and Fig. 15 (b) is a schematic cross-section viewed from the side. indicates.

이 실시예에서, 장벽층(80)의 바깥 영역에서 분말 재료(PW)의 적층이 무너지는 것을 방지하기 위해 장벽층(80)을 3차원 구조물(200)에서 일정 거리 인접한 위치에 형성함과 동시에 장벽층(80)의 바깥 영역에 추가 장벽층(90)을 형성한다. In this embodiment, in order to prevent the stacking of the powder material PW from collapsing in the area outside the barrier layer 80 , the barrier layer 80 is formed at a position adjacent to the three-dimensional structure 200 at a certain distance and at the same time An additional barrier layer 90 is formed in an area outside the barrier layer 80 .

추가 장벽층(90)의 형성 위치는 장벽층(80)의 바깥 영역, 즉 장벽층(80)을 중심으로 구조물(200)에 반대되는 영역 또는 장벽층(80)에서 베드(B)의 측벽을 향하는 영역이다. 일 실시예에서 추가 장벽층(90)은 장벽층(80)에서 대략 5밀리미터 내지 10밀리미터 이격되고 폭은 예컨대 1밀리미터로 형성될 수 있다. 그러나 추가 장벽층(90)의 형상이나 길이, 폭 등의 수치는 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있다. The location of the formation of the additional barrier layer 90 is the area outside the barrier layer 80 , that is, the area opposite the structure 200 with the barrier layer 80 as the center or the sidewall of the bed B in the barrier layer 80 . is the area to In one embodiment, the additional barrier layer 90 may be spaced from the barrier layer 80 by approximately 5 millimeters to 10 millimeters and a width of, for example, 1 millimeter. However, the shape, length, width, etc. of the additional barrier layer 90 may vary according to specific embodiments.

추가 장벽층(90)은 장벽층(80)과 동일 높이로 형성될 수도 있고 도시한 것처럼 장벽층(80) 안쪽의 분말 재료의 평탄한 적층에 문제가 없다면 장벽층(80) 보다 낮은 높이로 형성할 수도 있다. The additional barrier layer 90 may be formed at the same height as the barrier layer 80, and may be formed at a height lower than the barrier layer 80 if there is no problem in the flat lamination of the powder material inside the barrier layer 80 as shown. may be

또한 대안적 실시예에서, 높이가 높은 구조물(200)을 형성해야 할 경우 둘 이상의 추가 장벽층(90)을 형성할 수도 있다. 이 경우 높이가 매우 높은 구조물(200)과 장벽층(80)의 바깥 영역에 여분의 분말 재료가 매우 가파른 경사면으로 적층되어 있더라도 둘 이상의 추가 장벽층(90)이 있으면 이 추가 장벽층(90)들이 가파른 경사면의 분말 재료를 지지하는 완충 역할을 하므로 장벽층(80) 안쪽의 분말 재료를 균일하고 평탄하게 적층할 수 있으며, 이와 같이 구조물(200)의 적층 높이 등에 따라 추가 장벽층(90)의 형상이나 개수 등을 적절히 설정할 수 있다. Also, in an alternative embodiment, two or more additional barrier layers 90 may be formed when a tall structure 200 is to be formed. In this case, if there are two or more additional barrier layers 90, even if the extra powder material is stacked on a very steep slope in the area outside of the very high structure 200 and the barrier layer 80, these additional barrier layers 90 are Since it acts as a buffer for supporting the powder material on the steep slope, the powder material inside the barrier layer 80 can be uniformly and flatly laminated, and the shape of the additional barrier layer 90 according to the stacking height of the structure 200 , the number, etc. can be appropriately set.

도16은 또 다른 대안적 실시예에 따른 3차원 구조물과 장벽층을 나타낸다. 16 shows a three-dimensional structure and a barrier layer according to another alternative embodiment.

도16에서 3차원 구조물(200) 및 인접한 거리의 장벽층(80)과 추가 장벽층(90)을 형성하는 것은 예컨대 도15의 실시예와 동일하다. 그러나 도16의 대안적 실시예에 따르면 추가 장벽층(90)의 형성시 추가 장벽층(90)의 높이가 올라갈수록 안쪽으로 기울어지도록(즉, 장벽층(80)을 향해 기울어지도록) 경사지게 형성한다. 즉 장벽층(80)은 수직으로 적층하여 형성하지만 추가 장벽층(90)은 매 적층 형성시미다 구조물(200)(또는 장벽층(80))을 향하는 방향으로 적층함으로써 구조물(200)을 향해 기울어져서 경사지게 형성한다. 이 실시예에 의하면 추가 장벽층(90)의 바깥 영역에 쌓이는 분말 재료(PW')의 양을 줄일 수 있다. In FIG. 16 , the three-dimensional structure 200 and the barrier layer 80 and the additional barrier layer 90 at adjacent distances are formed, for example, the same as in the embodiment of FIG. 15 . However, according to the alternative embodiment of FIG. 16 , when the additional barrier layer 90 is formed, as the height of the additional barrier layer 90 increases, it is inclined inwardly (ie, inclined toward the barrier layer 80 ). . That is, the barrier layer 80 is formed by stacking vertically, but the additional barrier layer 90 is tilted toward the structure 200 by stacking it in a direction toward the structure 200 (or barrier layer 80) during each stack formation. to form a slope. According to this embodiment, it is possible to reduce the amount of the powder material PW' accumulated in the area outside the additional barrier layer 90 .

즉 도15에서와 같이 추가 장벽층(90)을 수직으로 형성할 경우 분말 재료의 적층 높이가 높아질수록 분말 재료 적층의 무너짐을 방지하기 위해 추가 장벽층(90)의 바깥 영역에서도 많은 분말 재료를 투입해야 하지만, 도16과 같이 추가 장벽층(90)을 안쪽으로 경사지게 형성할 경우 추가 장벽층(90)이 경사지는 만큼 추가 장벽층(90)의 바깥 영역의 분말 재료(PW')가 상대적으로 덜 가파르게 쌓여지므로 추가 장벽층(90) 바깥 영역의 분말 재료(PW')의 양을 더 줄일 수 있다. That is, when the additional barrier layer 90 is formed vertically as shown in FIG. 15 , as the stacking height of the powder material increases, a large amount of powder material is injected even in the area outside the additional barrier layer 90 to prevent the powder material stack from collapsing. However, when the additional barrier layer 90 is inclined inward as shown in FIG. 16 , the powder material PW′ in the outer region of the additional barrier layer 90 is relatively less as the additional barrier layer 90 is inclined. Since they are stacked steeply, the amount of the powder material PW' in the area outside the additional barrier layer 90 can be further reduced.

한편 도16은 추가 장벽층(90)을 경사지게 형성하는 것을 예로서 설명한 것이며, 예컨대 추가 장벽층(90) 없이 장벽층(80)만 형성하는 실시예에서는 장벽층(80)을 구조물(200)을 향해 경사지게 형성할 수도 있으며, 둘 이상의 추가 장벽층(90)을 형성하는 실시예에서는 가장 바깥쪽 추가 장벽층을 위와 같이 경사지게 형성할 수도 있음을 이해할 것이다. Meanwhile, FIG. 16 illustrates the formation of the additional barrier layer 90 inclined as an example. For example, in an embodiment in which only the barrier layer 80 is formed without the additional barrier layer 90 , the barrier layer 80 is formed by forming the structure 200 . It will be understood that the outermost additional barrier layer may also be formed inclined toward the uppermost side in an embodiment in which two or more additional barrier layers 90 are formed.

이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. As described above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that various modifications and variations are possible from the description of this specification. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents.

10: 레이저 출력장치 11: 광학소자
15: 레이저 조사장치 20: 승강 테이블
30, 60: 액추에이터 50: 고정 테이블
70: 스크래퍼 80: 장벽층
90: 추가 장벽층 100: 프린터 본체부
200: 구조물 10: laser output device 11: optical element
15: laser irradiation device 20: elevating table
30, 60: actuator 50: fixed table
70: scraper 80: barrier layer
90: additional barrier layer 100: printer body part
200: structure

Claims (13)

분말적층용융(PBF) 방식의 3차원 프린터로서,
프린터의 베드 영역의 하부면의 적어도 일부를 정의하며 제1 엑추에이터에 연결되어 상하방향으로 이동가능하며 중앙에 관통홀이 구비된 승강 테이블;
상기 승강 테이블 위에 적층된 분말 재료에 레이저를 조사하여 구조물을 형성하는 레이저 출력장치; 및
상기 관통홀에 배치되며 베드 영역의 중앙부에 배치된 기둥 형상의 고정 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터. As a 3D printer of powder lamination and melting (PBF) method,
an elevating table defining at least a part of a lower surface of the bed area of the printer, connected to the first actuator, movable in the vertical direction, and having a through hole in the center;
a laser output device for forming a structure by irradiating a laser on the powder material stacked on the lifting table; and
and a column-shaped fixed table disposed in the through hole and disposed in the center of the bed area. 제 1 항에 있어서,
상기 승강 테이블은 적어도 2개의 제1 액추에이터에 탈착가능하게 체결되어 상하방향 승강하도록 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 프린터. The method of claim 1,
The elevating table is detachably fastened to at least two first actuators and is configured to move up and down in a vertical direction. 제 2 항에 있어서,
상기 고정 테이블은 프린터에 탈착 가능하게 체결되고,
고정 테이블과 승강 테이블을 프린터에서 탈거하고 상기 베드 영역의 전체 하부면을 정의하는 승강 테이블을 상기 2개의 제1 액추에이터에 체결할 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터. 3. The method of claim 2,
The fixed table is detachably fastened to the printer,
3D printer, characterized in that the fixed table and the lifting table can be removed from the printer and the lifting table defining the entire lower surface of the bed area can be fastened to the two first actuators. 제 2 항에 있어서,
상기 고정 테이블이 제2 액추에이터에 탈착가능하게 체결되어 소정 범위 내에서 상하방향으로 승강하도록 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 프린터. 3. The method of claim 2,
The 3D printer, characterized in that the fixed table is detachably fastened to the second actuator and configured to move up and down within a predetermined range. 제 4 항에 있어서,
고정 테이블과 승강 테이블을 프린터에서 탈거하고 상기 베드 영역의 전체 하부면을 정의하는 승강 테이블을 상기 제2 액추에이터에 체결할 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터. 5. The method of claim 4,
3D printer, characterized in that the fixed table and the lifting table can be removed from the printer and the lifting table defining the entire lower surface of the bed area can be fastened to the second actuator. 제1항, 제2항, 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항의 3차원 프린터를 이용한 프린팅 방법으로서,
분말 재료를 승강 테이블 상부에 도포하는 스크래퍼를 이용하여 승강 테이블 상부의 일부 영역에 분말 재료를 적층하는 적층 단계;
제작할 구조물의 2차원 형상 정보에 기초하여, 적층된 분말 재료에 레이저를 조사하여 2차원의 구조물 및 제1 장벽층을 소결하는 소결 단계; 및
상기 적층 단계와 소결 단계를 복수회 반복하여 3차원 구조물과 제1 장벽층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 장벽층은 승강 테이블 상부의 상기 일부 영역과 이를 제외한 나머지 영역을 구획하도록 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방법. As a printing method using the three-dimensional printer of any one of claims 1, 2, 4 or 5,
laminating step of laminating the powder material on a partial area of the upper part of the lifting table using a scraper that applies the powder material to the upper part of the lifting table;
a sintering step of sintering the two-dimensional structure and the first barrier layer by irradiating a laser to the stacked powder material based on the two-dimensional shape information of the structure to be manufactured; and
Including; repeating the lamination step and the sintering step a plurality of times to form a three-dimensional structure and a first barrier layer;
The first barrier layer is a three-dimensional printing method, characterized in that formed to partition the partial area on the upper part of the lifting table and the remaining area except the area. 제 6 항에 있어서,
베드 영역의 제1 측면쪽에 상기 스크래퍼의 대기 지점이 위치할 경우, 상기 제1 장벽층은, 상기 제1 측면과 마주보는 베드 영역의 제2 측면과 상기 고정 테이블 사이의 기설정된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방법. 7. The method of claim 6,
When the waiting point of the scraper is located on the first side of the bed area, the first barrier layer is formed at a predetermined position between the fixing table and the second side of the bed area facing the first side. A three-dimensional printing method characterized in that. 제 7 항에 있어서,
상기 적층 단계에서, 상기 스크래퍼가 기설정된 상기 대기 지점에서부터 상기 제1 장벽층 상부의 기설정된 반환 지점까지의 거리(d2)를 왕복 이동하며 분말 재료를 상기 일부 영역에 도포하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방법. 8. The method of claim 7,
In the laminating step, the scraper reciprocates a distance (d2) from the preset standby point to a preset return point on the first barrier layer three-dimensionally, characterized in that the powder material is applied to the partial area printing method. 제 6 항에 있어서,
베드 영역의 제1 측면쪽에 상기 스크래퍼의 대기 지점이 위치할 경우, 상기 제1 장벽층은, 상기 제1 측면과 상기 고정 테이블 사이의 기설정된 제1 위치 및 상기 제1 측면과 마주보는 베드 영역의 제2 측면과 상기 고정 테이블 사이의 기설정된 제2 위치에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방법. 7. The method of claim 6,
When the waiting point of the scraper is located on the first side surface of the bed area, the first barrier layer is formed at a predetermined first position between the first side surface and the fixed table and the bed area facing the first side. 3D printing method, characterized in that each formed at a second predetermined position between the second side and the fixed table. 제 9 항에 있어서,
상기 적층 단계에서, 상기 스크래퍼가 상기 제1 위치 상부의 기설정된 대기 지점에서부터 상기 제2 위치 상부의 기설정된 반환 지점까지의 거리(d3)를 왕복 이동하며 분말 재료를 상기 일부 영역에 도포하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방법. 10. The method of claim 9,
In the laminating step, the scraper reciprocates a distance (d3) from a predetermined standby point above the first position to a predetermined return point above the second position to apply the powder material to the partial area 3D printing method. 제 6 항에 있어서,
상기 방법에 의해 상기 3차원 구조물 및 제1 장벽층과 함께 제2 장벽층을 동시에 형성하며,
상기 제2 장벽층은 제1 장벽층에 인접하되 제1 장벽층을 중심으로 상기 구조물에 반대되는 위치에 형성되는 장벽층인 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방법. 7. The method of claim 6,
simultaneously forming a second barrier layer together with the three-dimensional structure and the first barrier layer by the method,
wherein the second barrier layer is a barrier layer adjacent to the first barrier layer but formed at a position opposite to the structure with respect to the first barrier layer. 제 11 항에 있어서,
상기 제2 장벽층을 형성할 때 제2 장벽층의 높이가 올라갈수록 제2 장벽층이 상기 제1 장벽층을 향해 기울어지도록 경사지게 형성하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방법. 12. The method of claim 11,
3D printing method, characterized in that when the second barrier layer is formed, the second barrier layer is inclined toward the first barrier layer as the height of the second barrier layer increases. 제3항에 의한 3차원 프린터를 이용한 프린팅 방법으로서,
분말 재료를 승강 테이블 상부에 도포하는 스크래퍼를 이용하여 승강 테이블 상부의 일부 영역에 분말 재료를 적층하는 적층 단계;
제작할 구조물의 2차원 형상 정보에 기초하여, 적층된 분말 재료에 레이저를 조사하여 2차원의 구조물 및 제1 장벽층을 소결하는 소결 단계; 및
상기 적층 단계와 소결 단계를 복수회 반복하여 3차원 구조물과 제1 장벽층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 장벽층은 승강 테이블 상부의 상기 일부 영역과 이를 제외한 나머지 영역을 구획하도록 형성되며,
베드 영역의 제1 측면쪽에 상기 스크래퍼의 대기 지점이 위치할 경우, 상기 제1 장벽층은, 상기 제1 측면과 마주보는 베드 영역의 제2 측면과 상기 고정 테이블 사이의 기설정된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방법.As a printing method using the three-dimensional printer according to claim 3,
laminating step of laminating the powder material on a partial area of the upper part of the lifting table using a scraper that applies the powder material to the upper part of the lifting table;
a sintering step of sintering the two-dimensional structure and the first barrier layer by irradiating a laser to the stacked powder material based on the two-dimensional shape information of the structure to be manufactured; and
Including; repeating the lamination step and the sintering step a plurality of times to form a three-dimensional structure and a first barrier layer;
The first barrier layer is formed to partition the partial area above the lifting table and the remaining area except for this area,
When the waiting point of the scraper is located on the first side of the bed area, the first barrier layer is formed at a predetermined position between the fixing table and the second side of the bed area facing the first side. A three-dimensional printing method characterized in that.
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