KR20160065442A - Post processing apparatus three dimension object - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 구조물을 적층 형성한 후 외관 등에 대한 후처리를 수행하는 장치에 대한 것으로, 3차원 구조물이 적층 형성되는 경우 적층된 레이어의 두께에 의해 적층된 후 외관 등에 굴곡이 발생하게 될 뿐만 아니라 적층 형성된 3차원 구조물의 정밀도를 향상시키기 위해서 적층 형성 후 외관 등을 가공하는 후처리를 수행하게 된다. 본 발명은 이러한 후처리를 하는 장치에 대한 것이다.
The present invention relates to a device for forming a three-dimensional structure by lamination and then performing post-processing on an outer appearance or the like. When the three-dimensional structure is formed by lamination, the laminate is laminated by the thickness of the laminated layer, However, in order to improve the precision of the laminated three-dimensional structure, post-processing such as appearance processing after lamination is performed. The present invention is directed to such a post-processing device.
최근 3차원 구조물을 적층형성하기 위한 3D 프린팅 기술이 각광을 받고 있다. 3D 프린팅 기술은 종래 2차원 내에서 이루어지던 프린팅을 넘어 3차원 구조물을 다양한 소재 및 방식을 활용하여 형성하는 기술로서 산업용으로 RP(Rapid Prototype : 쾌속조형)에 활용되어 주물, 단조, 기계적 절삭가공을 거치지 않고 3차원 구조물을 신속하게 만드는데 활용될 뿐만 아니라 항공, 우주용 부품 중 종래의 가공방식으로는 제조가 불가능한 부품을 제조하는데 활용되기도 한다.Recently, 3D printing technology for forming a three-dimensional structure is attracting attention. 3D printing technology is a technology that forms 3D structures by using various materials and methods beyond conventional 2-dimensional printing. It is used for Rapid Prototype (Rapid Prototype) for industrial purposes and is used for casting, forging, and mechanical cutting It can be used not only for the rapid construction of 3D structures but also for aerospace parts which can not be manufactured by conventional processing methods.
이러한 3D Printing 기술은 크게 3가지로 분류되는데 고체형 재료를 사용하는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식과 액체형 재료를 사용하는 SLA(Setero Lithography Apparatus) 방식과 파우더형 재료를 사용하는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식으로 나눌 수 있다. Three types of 3D printing technologies are classified into three types: Fused Deposition Modeling (FDM) using solid materials, Stereo Lithography Apparatus (SLA) using liquid materials, Selective Laser Sintering (SLS) using powder materials, .
FDM 방식은 주로 플라스틱 재료를 활용하는데 필라멘트라고 불리는 얇은 플라스틱 실을 고온의 히터를 통과시키면서 녹인 다음 아래에서 위로 층층이 쌓아가는 방식으로 가격이 저렴하여 주로 개인용으로 사용되고 있고, SLA 방식은 빛을 받으면 고체로 변하는 광경화성 수지(액체 플라스틱)가 들어있는 수조에 레이저 빔을 쏘아서 필요한 부분만 고체화시키는 방식으로 소재가 광경화성 수지에 한정되며 출력물의 내구성이 떨어지는 단점이 있다.The FDM method is mainly used for plastic materials. Thin plastic yarn called filament is melted while passing through a high-temperature heater, and then it is stacked up and down. Thus, the price is low and it is mainly used for personal use. The laser beam is shot on a water tank containing a variable photo-curing resin (liquid plastic) to solidify only the necessary part, so that the material is limited to the photo-curing resin and the durability of the output is low.
SLS 방식은 레이저 빔을 이용한다는 측면에서 SLA 방식과 유사하지만 파우더형 재료(플라스틱 분말, 모래, 금속 등)를 이용하여 균일한 레이어를 형성한 후 레이저를 이용하여 선택적으로 소결시켜 3차원 구조물을 제작하는 방식으로 다양한 소재를 활용할 수 있고, 소재의 재활용이 가능한 장점이 있지만 장비의 가격이 고가이고 사용방식이 복잡한 단점이 있다.The SLS method is similar to the SLA method in that it uses a laser beam but forms a uniform layer by using a powder type material (plastic powder, sand, metal, etc.) and then selectively sintering using a laser to produce a three dimensional structure It is possible to utilize various materials and recycle material, but it is disadvantageous in that the price of the equipment is high and the usage method is complicated.
FDM, SLA 및 SLS를 포함하는 3차원 구조물을 제작하는 3D 프린터는 공통적으로 제작하고자 하는 3차원 구조물을 각 단면으로 분할한 후 각자의 제작 공정을 통해 분할된 3차원 구조물의 각 단면을 제작한 후 적층하는 방식으로 3차원 구조물을 제작한다.3D printers that produce three-dimensional structures including FDM, SLA, and SLS divide the three-dimensional structures that are commonly fabricated into individual sections, and then manufacture individual sections of the divided three-dimensional structures through their respective manufacturing processes A three-dimensional structure is produced by stacking.
이렇게 제작된 3차원 구조물은 각 단면인 레이어가 적층되어 형성되므로 레이어의 두께에 따라 적층 형성된 후 계단 모양의 편차가 발생하게 되고 이를 가공을 통해 없애는 후공정을 수행하거나 레이어를 아주 얇게 구성하여 계단 모양의 편차를 최소화하게 된다.Since the three-dimensional structure produced in this way is formed by stacking the layers of each cross-section, a step-like deviation occurs after the layers are formed according to the thickness of the layer, and a post- To minimize the deviation.
하지만, 가공을 통한 후공정은 시간이 오래 소요되거나 가공 후에 외관 등의 품질이 나빠질 수 있는 문제가 있고, 레이어를 아주 얇게 구성하여 제작하는 경우 3차원 구조물을 제작하는데 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
However, there is a problem that the post-processing after the processing takes a long time or the quality of the appearance after the processing may deteriorate, and there is a problem that it takes much time to fabricate the three-dimensional structure when the layer is made very thin .
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 적층형성된 3차원 구조물의 표면에 소재를 공급한 후 이를 소결하여 3차원 구조물의 후공정을 빠르고 정확하게 수행할 수 있고 소재의 공급과 동시에 소결함으로써 후공정의 수행시간을 단축할 수 있는 3차원 구조물의 후공정 장치을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a three-dimensional structure, which can quickly and accurately perform post- And sintering the same at the same time, thereby shortening the execution time of the post-process.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 3차원 구조물의 후공정 장치는 3차원 구조물의 적층된 레이어의 단면 간 편차에 소재를 공급하는 소재공급모듈과, 공급된 소재에 레이저를 조사하여 소결시키는 소결모듈을 포함한다.In order to achieve the above object, a post-processing apparatus for a three-dimensional structure according to the present invention includes a material supply module for supplying a material to a deviation between cross sections of a three-dimensional structure, Sintering module.
또한, 소재공급모듈은 소재를 분사하는 노즐을 포함하여 이루어지고, 노즐은 잉크 형태의 소재를 전기수력학을 이용하여 분사하는 것을 특징으로 한다.In addition, the material supply module includes a nozzle for spraying a material, and the nozzle is characterized in that an ink-like material is sprayed by using an electric hydrodynamics.
또한, 소재공급모듈은 소재를 분사하는 노즐을 포함하여 이루어지고, 노즐은 분말 형태의 소재를 공압을 이용하여 분사하는 것을 특징으로 한다.Further, the material supply module includes a nozzle for spraying the material, and the nozzle is characterized by spraying the powdery material using pneumatic pressure.
또한, 소결모듈은 소재공급모듈의 주위에 환형 형태의 레이저를 조사하여 소결하는 것을 특징으로 한다.The sintering module is characterized in that an annular laser beam is irradiated around the material supply module and sintered.
또한, 환형 조사모듈에는 원추형상의 렌즈를 포함하고, 원추형상의 렌즈를 이용하여 레이저의 모양을 환형형태로 조절하는 것을 특징으로 한다.Further, the annular irradiation module includes a conical lens, and a conical lens is used to adjust the shape of the laser to an annular shape.
또한, 환형 조사모듈에는 집속렌즈를 더 포함하고, 집속렌즈의 위치를 조절하여 환형형태의 레이저 사이즈를 조절하는 것을 특징으로 한다.Further, the annular irradiation module may further include a focusing lens, and the laser size of the annular shape is adjusted by adjusting the position of the focusing lens.
또한, 환형 조사모듈에는 환형 형태의 슬릿을 포함하고, 슬릿을 이용하여 레이저의 모양을 환형형태로 조절하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the annular irradiation module includes an annular slit, and the slit is used to adjust the shape of the laser to an annular shape.
이상과 같은 구성의 본 발명은 적층 형성된 3차원 구조물의 후공정을 빠르게 수행할 수 있는 효과가 있다.The present invention having the above-described structure has the effect of enabling quick post-processing of the laminated three-dimensional structure.
또한, 후공정을 위해 공급되는 소재의 양을 미세하게 조절하여 가공편차를 최소화할 수 있는 효과가 있다.Further, there is an effect that the machining deviation can be minimized by finely adjusting the amount of the material to be supplied for the post-process.
또한, 환형빔을 사용하여 소재의 보충과 동시에 소결이 이루어짐에 따라 후공정의 품질 및 처리시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
Also, as the material is replenished and sintered at the same time by using the annular beam, the quality and the processing time of the post-process can be minimized.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 구조물의 후공정 장치의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 3차원 구조물의 후공정 장치에 의해 후공정이 이루어지는 것을 나타낸 도면이고,
도 3a, 3b는 본 발명의 3차원 구조물의 후공정 장치의 환형 조사모듈의 제1실시예의 구성을 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 3차원 구조물의 후공정 장치의 환형 조사모듈의 제2실시예의 구성을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 선택적 소결을 위한 레이저 분배장치에서 환형 레이저의 사이즈를 조절하는 과정을 설명하는 도면이다.1 is a block diagram of a post-processing apparatus for a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a view showing a post-process performed by a post-process apparatus of the three-dimensional structure of the present invention,
3A and 3B are views showing the configuration of the first embodiment of the annular irradiation module of the post-processing apparatus of the three-dimensional structure of the present invention,
4 is a view showing the configuration of the annular irradiation module of the second embodiment of the post-processing apparatus of the three-dimensional structure of the present invention,
5 is a view illustrating a process of adjusting the size of an annular laser in a laser distribution apparatus for selective sintering of the present invention.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 구조물의 후공정 장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, an apparatus for post-processing a three-dimensional structure according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 구조물의 후공정 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 3차원 구조물의 후공정 장치에 의해 후공정이 이루어지는 것을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a block diagram of a post-processing apparatus of a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a post-processing performed by a post-processing apparatus of the three-dimensional structure of the present invention.
본 발명의 3차원 구조물의 후공정 장치는 3차원 구조물을 일정한 두께의 단면으로 분할하여 각 단면을 3차원 구조물의 형태에 맞게 형성한 후 형성된 단면을 적층하여 형성된 3차원 구조물의 단면간 편차에 소재를 공급하는 소재공급모듈(100)과 편차에 공급된 소재를 소결하기 위한 레이저를 발생시키는 레이저 광원(200)과 레이저 광원(200)에서 발생된 레이저를 이용하여 공급된 소재에 조사하는 소결모듈(300)을 포함하여 이루어진다.The apparatus for post-processing a three-dimensional structure according to the present invention is a device for dividing a three-dimensional structure into sections of a predetermined thickness, forming each section in conformity with the shape of the three-dimensional structure, A
본 발명의 소재공급모듈(100)은 소재를 공급하는 노즐(150)을 포함하여 이루어지며 노즐(150)을 통해 단면간 편차에 소재(10)를 공급하는 구성이다. 도 2를 참조하면 3차원 구조물의 분할된 각 단면을 적층형성할 경우 각 단면의 두께에 따라 적층형성된 후 편차가 발생하게 된다. 이러한 단면간 편차는 후공정을 통해 보정하게 되는데 종래에는 절삭 등의 가공을 통해 편차를 보정함에 따라 후공정 시간이 많이 소요되거나 후공정 품질이 좋지 않은 문제점이 있어왔다. 본 발명은 단면간의 편차에 소재(10)를 공급한 후 이를 소결하는 방식을 통해 후공정을 수행함에 따라 후공정의 품질을 좋게 할 수 있고 환형빔을 통해 공급과 동시에 소결함에 따라 후공정 시간을 단축할 수 있게된다.The
소재공급모듈(100)에서 소재를 공급하는 방식은 여러 가지가 있을 수 있겠지만 노즐(150)에 잉크 또는 분말 형태의 소재에 전기장 또는 공압 등의 압력을 이용하여 분사하는 것이 공급되는 소재의 양을 미세하게 조절할 수 있고, 노즐(150) 주위로 환형빔을 조사할 수 있으므로 공급과 동시에 소결할 수 있는 장점이 있다.There are various ways of supplying the material from the
잉크 형태의 소재를 분사하는 경우 노즐(150)의 표면에 전극을 형성하고 전극에 전원공급장치(400)를 통해 전력을 공급하여 3차원 구조물과의 사이에 전기장을 형성하여 전기수력학에 의해 소재가 분사되는 원리를 이용한 것이다. 또한, 분말 형태의 소재를 분사하는 경우에는 노즐(150) 내의 분말 소재에 공압 등의 압력을 공급하는 장치(400)를 통해 힘을 가하여 소재가 분사되는 원리를 이용한 것이다. 잉크 형태의 소재를 분사하는 경우에는 공급되는 소재의 양을 미세하게 조절할 수 있는 장점이 있는 반면 소재별로 용매 등을 달리하여 잉크를 제조하여야 하는 불편함이 있고, 분말 형태의 소재를 분사하는 경우에는 소재의 양을 미세하게 조절하는 것은 어렵지만 3차원 구조물을 적층 형성하는데 사용되는 소재를 분말형태로 마련하면 되므로 소재를 준비하는 과정이 단순한 장점이 있다.When an ink-like material is sprayed, an electrode is formed on the surface of the
본 발명의 소결모듈(300)은 소재공급모듈(100)에서 공급된 소재에 레이저 광원(200)에서 발생된 레이저를 공급받아 공급된 소재에 조사하여 소결시키는 구성이다. 본 발명의 소결모듈(300)은 소재의 주위에 환형빔을 형성하여 소재의 공급과 동시에 소결이 이루어지도록 함으로써 공급된 소재가 분사와 소결사이에 유동하는 것을 방지할 수 있고 후공정을 처리하는 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.The
도 3a, 3b는 본 발명의 3차원 구조물의 후공정 장치의 환형 조사모듈의 제1실시예의 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 3차원 구조물의 후공정 장치의 환형 조사모듈의 제2실시예의 구성을 나타낸 도면이다.Fig. 4 is a sectional view of the annular irradiation module of the three-dimensional structure post-processing apparatus according to the present invention. Fig. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment.
도 3a, 3b, 4를 참조하여 본 발명의 조사모듈(300)에 대해 보다 상세히 설명한다.3A, 3B and 4, the
도 3a에서 원추형상의 렌즈(320)으로 레이저빔이 입사되면 원추형상의 렌즈(320)를 통과하면서 원추형상의 렌즈(320) 때문에 레이저빔이 환형을 변하게 된다. 도 2a에는 원추형상의 렌즈(320) 두 개를 이용하여 환형 형태의 레이저빔을 만들었지만 이는 평행한 환형빔을 만들어 레이저 분배모듈(400)와의 거리가 달라짐에 따라 환형빔의 크기가 변하지 않도록 하는 것으로서 환형빔의 크기가 변하더라도 상관없거나 레이저 분배모듈(400)과의 거리가 일정한 경우 원추형상의 렌즈(320)를 하나만 사용해도 무관하다.3A, when the laser beam is incident on the
도 3b는 원추형상의 렌즈(320) 사이에 포커스렌즈(330)을 배치하고 포커스렌즈(330)를 좌우로 움직여 우측 원추형상의 렌즈(320)로 입사되는 환형빔의 사이즈를 조절하기 위한 것으로 노즐(310) 주위로 조사되는 환형빔의 사이즈를 간단히 조절할 수 있는 장점이 있다. 물론 포커스렌즈(330) 원추형상의 렌즈(320) 사이가 아니라 우측 렌즈 끝단에 위치하여도 환형빔의 사이즈를 조절할 수 있다.FIG. 3B is a view for adjusting the size of the annular beam incident on the right
도 4은 환형 조사모듈(300)의 제2실시예를 도시한 것인데 원하는 형상으로 레이저빔의 모양을 조절하기 위해 원하는 형상만 뚫려 있는 슬릿(350)을 이용하는 방식인데 레이저 분배모듈(400)에서 공급된 레이저를 슬릿(350)에 조사하면 슬릿(350)에 뚫려 있는 형상으로 레이저빔이 통과하므로 레이저빔을 원하는 모양으로 조절할 수 있게 된다. 레이저빔이 슬릿(350)을 통과하고난 후 포커스렌즈(330)를 배치하여 노즐(310) 주위로 조사되는 레이저빔의 사이즈를 조절할 수도 있다.4 shows a second embodiment of the
도 5는 모양이 조절된 레이저빔의 사이즈를 조절하는 다른 방식을 도시한 도면인데 중간에 빔스플리터(360)을 배치하고 상하에 오목 또는 볼록의 원추형상 미러(370)를 배치한 후 입사된 레이저빔이 빔스플리터(360)을 통과 반사하면서 환형 형태로 변한 레이저빔이 출사하면 그 끝단에 포커스렌즈(330)를 배치하여 포커스렌즈(330)을 좌우로 이동시켜 환형빔의 사이즈를 조절하는 방식이다. 빔스플리터(360)이 특정 편광된 빛만 통과/반사하는 경우 원추형상 미러(370) 앞단에 편광방향을 조절하는 편광판(380)을 배치할 수도 있다.
5 is a view showing another method of adjusting the size of the laser beam whose shape is adjusted. In the middle of the laser beam, a
소재공급모듈 : 100
레이저 광원 : 200
소결모듈 : 300
Material supply module: 100 Laser source: 200
Sintering module: 300
Claims (7)
상기 3차원 구조물의 적층된 레이어의 단면 간 편차에 소재를 공급하는 소재공급모듈과,
상기 공급된 소재에 레이저를 조사하여 소결시키는 소결모듈을 포함하는 3차원 구조물의 후공정 장치.
An apparatus for processing a post-process of a laminated three-dimensional structure,
A material supply module for supplying a material to a deviation between cross sections of the laminated layers of the three-dimensional structure,
And a sintering module for irradiating the sintered material with a laser to sinter the sintered material.
상기 소재공급모듈은 소재를 분사하는 노즐을 포함하여 이루어지고,
상기 노즐은 잉크 형태의 소재를 전기수력학을 이용하여 분사하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물의 후공정 장치.
In claim 1,
Wherein the material supply module includes a nozzle for spraying a material,
Wherein the nozzles eject the ink-like material using an electrohydraulic technique.
상기 소재공급모듈은 소재를 분사하는 노즐을 포함하여 이루어지고,
상기 노즐은 분말 형태의 소재를 공압을 이용하여 분사하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물의 후공정 장치.
In claim 1,
Wherein the material supply module includes a nozzle for spraying a material,
Wherein the nozzles inject the powdery material using pneumatic pressure.
상기 소결모듈은 상기 소재공급모듈의 주위에 환형 형태의 레이저를 조사하여 소결하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물의 후공정 장치.
In claim 1,
Wherein the sintering module irradiates an annular laser around the material supply module to sinter the material.
상기 환형 조사모듈에는 원추형상의 렌즈를 포함하고,
상기 원추형상의 렌즈를 이용하여 레이저의 모양을 환형형태로 조절하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물의 후공정 장치.
In claim 4,
Wherein the annular irradiation module comprises a conical lens,
Wherein the shape of the laser is adjusted to an annular shape by using the conical lens.
상기 환형 조사모듈에는 집속렌즈를 더 포함하고,
상기 집속렌즈의 위치를 조절하여 환형형태의 레이저 사이즈를 조절하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물의 후공정 장치.
In claim 5,
Wherein the annular irradiation module further comprises a focusing lens,
And adjusting the laser size of the annular shape by adjusting the position of the focusing lens.
상기 환형 조사모듈에는 환형 형태의 슬릿을 포함하고,
상기 슬릿을 이용하여 레이저의 모양을 환형형태로 조절하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물의 후공정 장치.
In claim 4,
The annular irradiation module includes an annular slit,
And the shape of the laser is adjusted to an annular shape by using the slit.
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---|---|---|---|---|
KR20180076660A (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 부산대학교 산학협력단 | Nozzle apparatus for 3D metal printer |
US10967574B2 (en) | 2017-12-04 | 2021-04-06 | DMG MORI Company Limited | Laser additive manufacturing apparatus and laser additive manufacturing method |
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2014
- 2014-12-01 KR KR1020140169398A patent/KR20160065442A/en not_active Application Discontinuation
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KR20180076660A (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 부산대학교 산학협력단 | Nozzle apparatus for 3D metal printer |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |