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KR102177838B1 - 3차원 프린터의 분말 공급 장치와 그 제어 방법 및 이를 구비하는 3차원 프린터 - Google Patents

3차원 프린터의 분말 공급 장치와 그 제어 방법 및 이를 구비하는 3차원 프린터 Download PDF

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KR102177838B1
KR102177838B1 KR1020180149421A KR20180149421A KR102177838B1 KR 102177838 B1 KR102177838 B1 KR 102177838B1 KR 1020180149421 A KR1020180149421 A KR 1020180149421A KR 20180149421 A KR20180149421 A KR 20180149421A KR 102177838 B1 KR102177838 B1 KR 102177838B1
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KR
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unit
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powder supply
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조재형
최승묵
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하나에이엠티 주식회사
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Abstract

본 발명은 3차원 프린터의 분말 공급 장치와 관련된다. 본 발명은 실시예로 형상 가공이 이루어지는 챔버부의 외측에 설치되고, 분말을 투입받아 저장하는 분말저장부, 상기 챔버부의 내측에 설치되고, 이동 가능하며, 상기 분말저장부로부터 이동된 분말을 상기 챔버부 내측의 분말투입부로 낙하시켜 공급하는 분말공급부, 상기 분말저장부와 상기 분말공급부를 연결하고 연결 경로의 개폐가 가능하여 분말이 이동하거나 이동이 차단되게 하는 분말이송부 및 상기 분말공급부가 상기 챔버부 내측의 분말투입부 상부에 위치하도록 이동시키는 구동부를 포함하는 분말 공급 장치를 제시한다.

Description

3차원 프린터의 분말 공급 장치와 그 제어 방법 및 이를 구비하는 3차원 프린터{Powder supplying device of 3D printer and control method thereof and 3D printer having the same}
본 발명은 분말 공급 장치에 관한 것으로서 상세하게는 3차원 프린터에 사용되는 분말 공급 장치와 이러한 분말 공급 장치의 제어 방법 및 이러한 분말 공급 장치를 구비하는 3차원 프린터와 관련된다.
종래에는 3차원 성형품을 제조하기 위해 주조나 단조 등의 전통적인 가공방법을 사용해 왔다. 또한 이와 같은 제조 방법을 이용할 때 제품의 품질을 유지하기 위해서는 전문적인 지식을 가진 작업자가 이를 수행해야 했다.
최근에는 3차원 성형품을 가공하기 위한 장치로 3차원 프린터가 사용되기 시작하고 있다. 3차원 프린터는 비전문가도 손쉽게 3차원의 성형품을 제작할 수 있다는 이점 때문에 점차 전통적인 가공방법을 대체하고 있다.
3차원 프린터에 대한 기술로 대한민국 등록특허공보 제10-1715124호가 개시되어 있다. 이러한 3차원 프린터에서 중요한 점은 신속한 작업이 가능하면서 제품의 품질을 높이는 것이다.
특히 성형의 원재료인 금속 분말이 모두 소진되었을 때 금속 분말을 보충할 필요가 있다. 종래의 3차원 프린터는 금속 분말이 소진되었을 때 이를 보충하는 별도의 수단이 없기 때문에 금속 분말의 공급을 위해 작업을 중단시키고 금속 분말을 투입하여야 한다. 이에 따라 신속한 공정 진행이 어렵고 제품의 품질이 낮아질 수 있다는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1715124호 (2017.03.06)
본 발명은 원재료인 분말을 즉시 보충할 수 있도록 하여 작업 중단 시간을 최소화하며 신속한 작업이 가능하면서 고품질의 제품을 얻을 수 있게 하는 분말 공급 장치 및 이를 구비하는 3차원 프린터를 제시한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 3차원 프린터에서 원재료로 사용되는 분말을 공급하기 위한 장치로서, 형상 가공이 이루어지는 챔버부의 외측에 설치되고, 분말을 투입받아 저장하는 분말저장부, 상기 챔버부의 내측에 설치되고, 이동 가능하며, 상기 분말저장부로부터 이동된 분말을 상기 챔버부 내측의 분말투입부로 낙하시켜 공급하는 분말공급부, 상기 분말저장부와 상기 분말공급부를 연결하고 연결 경로의 개폐가 가능하여 분말이 이동하거나 이동이 차단되게 하는 분말이송부 및 상기 분말공급부가 상기 챔버부 내측의 분말투입부 상부에 위치하도록 이동시키는 구동부를 포함하는 분말 공급 장치를 제시한다.
또한 상기 3차원 프린터에는 상기 분말투입부로부터 투입된 분말을 밀어 이동시키는 블레이드를 포함하는 분말도포부가 구비되고, 상기 분말도포부와 상기 분말공급부는 구동연결부에 의해 서로 연결이 가능하고, 상기 구동부는 상기 분말도포부에 연결되며, 상기 분말도포부와 상기 분말공급부가 서로 연결되었을 때 상기 구동부의 구동에 의해 상기 분말도포부와 상기 분말공급부가 함께 이동이 가능할 수 있다.
여기에서 상기 구동연결부는, 상기 분말도포부와 상기 분말공급부가 서로 일체가 되도록 결합시키거나 서로 분리되도록 결합을 해제하는 록부재 및 상기 분말도포부와 상기 분말공급부를 결합시키거나 결합이 해제되도록 상기 록부재를 구동시키는 록구동기를 포함할 수 있다.
한편 분말이송부는, 상기 분말저장부의 하부에 배치되고, 상기 분말저장부에 분말을 투입할 때에는 경로를 폐쇄하고 분말의 투입이 종료되면 경로를 개방하는 제1밸브, 상기 제1밸브의 하부에 배치되고 제어 신호에 의해 자동으로 개폐되어 분말을 상기 분말공급부로 공급하거나 공급을 차단하는 제2밸브 및 상기 제2밸브와 상기 분말공급부 사이에 배치되고 길이의 신축이 가능한 신축배관을 포함할 수 있다.
한편 상기 분말공급부는, 상기 구동부와 연결되어 이동이 가능한 베이스부재 및 상기 베이스부재에 연결되어 이동이 가능함과 동시에 상기 분말이송부와 연결되어 상기 분말이송부를 통해 이동한 분말이 배출되며, 이동하면서 배출되어 쌓인 분말을 밀어 평탄화하는 것이 가능한 투입부재를 포함할 수 있다.
또한 상기 분말 공급 장치를 제어하는 방법으로서, 분말투입부에 분말이 부족한지 여부를 감시하는 제1단계, 분말투입부에 분말이 부족한 경우 분말저장부에 분말이 저장되어 있는지 확인하는 제2단계, 분말저장부에 분말이 저장되어 있는 경우 구동부를 작동시켜 분말공급부를 분말투입부 상부로 이동시키는 제3단계, 분말공급부가 분말투입부의 상부로 이동하면 분말이송부의 연결 경로를 개방하여 분말공급부로 분말을 이동시킴으로써 분말투입부로 분말을 공급하는 제4단계 및 상기 분말공급부를 원위치로 복귀시키는 제5단계를 포함하는 분말 공급 장치의 제어방법을 제시한다.
또한 3차원의 성형품을 가공하는 장치로서, 형상 가공이 이루어지는 챔버부, 상기 챔버부에 원재료인 분말을 투입하는 분말투입부, 상기 분말투입부에서 투입된 분말을 밀어 이동시키는 블레이드를 구비하는 분말도포부, 이동이 가능하고 상기 챔버부의 상방에서 상기 분말투입부에 분말을 낙하시켜 공급하는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 분말 공급 장치, 상기 분말도포부에 의해 이동된 분말이 놓여지고 분말의 성형이 이루어지는 성형부 및 상기 성형부에 놓여진 분말에 광빔을 조사하여 용융시켜 성형하는 광빔가공부를 포함하는 3차원 프린터를 제시한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 분말투입부의 분말이 소진되었을 경우 분말투입부의 상방으로부터 즉시 분말을 공급받을 수 있으므로 안정적인 품질의 3차원 성형품을 얻을 수 있으며 작업시간이 긴 가공물에 대해서도 연속 작업이 가능하다.
한편 분말도포부와 분말공급부가 하나의 구동부로 연동하여 이동 가능하게 함으로써 구동기의 추가 배치와 같은 복잡한 구성이 없이도 분말공급부를 용이하게 이동시키는 것이 가능하다.
한편 분말도포부와 분말공급부를 연결하기 위하여 제어 가능한 록부재를 채용함으로써 분말도포부와 분말공급부를 간단하게 일체화시켜 연동이 가능하도록 할 수 있다.
한편 분말이송부의 통로를 개폐하도록 2개의 밸브를 채용함으로써 하나의 밸브로 분말저장부에 분말을 저장하는 기능을 담당하고 다른 하나의 밸브로 분말을 공급하는 기능을 담당하게 하여 분말의 저장 및 공급 작용을 원활하게 할 수 있다.
한편 분말공급부가 분말을 공급하기 용이한 구성을 가지는 동시에 투입부재를 이용하여 분말투입부에 채워진 분말을 평탄화하는 것이 가능하다.
그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린터의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 3차원 프린터의 주요부의 분해 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 채용된 분말 공급 장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분말 공급 장치가 분말도포부와 연동되는 상태를 도시한 평면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 분말 공급 장치에 채용된 록부재의 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 분말 공급 장치의 작동을 나타내는 순서도.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 분말 공급 장치 및 이를 구비하는 3차원 프린터에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일유사한 구성에 대해서는 동일유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
본 발명의 실시예에 따른 분말 공급 장치(100)는, 3차원 프린터(200)에서 원재료로 사용되는 분말을 공급하기 위한 장치로서, 분말저장부(1), 분말공급부(2), 분말이송부(3) 및 구동부(4)를 포함한다.
분말저장부(1)는 형상 가공이 이루어지는 챔버부(10)의 외측에 설치되고, 분말을 투입받아 저장한다. 한편 분말공급부(2)는 챔버부(10)의 내측에 설치되고, 분말저장부(1)로부터 이동된 분말을 챔버부(10) 내측의 분말투입부(20)로 낙하시켜 공급한다.
여기에서 분말투입부(20)는 챔버부(10)로 분말을 일정 두께 단위로 공급하는 기능을 하는데 분말투입부(20)에 분말이 모두 소진되는 경우 공정을 멈추고 분말투입부(20)에 분말을 공급해 주어야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 분말 공급 장치(100)는 분말투입부(20)에 분말을 공급하는 기능을 담당한다. 분말공급부(2)는 분말투입부(20)의 상방에 위치하기 위해 이동이 가능하며 분말공급부(2)가 분말투입부(20)의 상방에 위치한 다음 분말저장부(1)로부터 이동된 분말을 분말투입부(20)에 낙하시켜 공급한다.
분말이송부(3)는 분말저장부(1)와 분말공급부(2)를 연결하고 연결 경로의 개폐가 가능하여 분말이 이동하거나 이동이 차단되게 한다. 또한 구동부(4)는 분말공급부(2)가 챔버부(10) 내측의 분말투입부(20) 상부에 위치하도록 이동시킨다. 구동부(4)에 의한 분말공급부(2)의 이동 및 분말이송부(3)에 의한 분말 이동 경로의 개폐에 따라 분말투입부(20)에 분말을 공급하는 것이 가능하다.
이와 같은 분말 공급 장치(100)에 따르면, 분말투입부(20)의 분말이 소진되었을 경우 분말투입부(20)의 상방으로부터 즉시 분말을 공급받을 수 있으므로 안정적인 품질의 3차원 성형품을 얻을 수 있으며 작업시간이 긴 가공물에 대해서도 연속 작업이 가능하다.
이하 각 부의 구성에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 프린터의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 3차원 프린터의 주요부의 분해 사시도이다.
도시한 3차원 프린터(200)는, 3차원의 성형품을 가공하는 장치로서, 형상 가공이 이루어지는 챔버부(10)와, 챔버부(10)에 분말 형상의 분말을 투입하는 분말투입부(20)와, 분말 분말을 밀어 이동시키는 분말도포부(30)와, 분말도포부(30)에 의해 이동된 분말이 놓여지고 분말의 성형이 이루어지는 성형부(40)와, 분말에 레이저와 같은 광빔(B)을 조사하여 용융 또는 소결시켜 성형하는 광빔가공부(50)를 포함하여 이루어진다.
3차원 프린터(200)의 상세한 구성은 대한민국 등록특허 제10-1715124호에 제시되어 있으며 공지된 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시예에 따른 분말 공급 장치(100)는 이러한 3차원 프린터(200)에 장착되어 원재료인 분말을 공급하기 위한 장치로서 기능한다.
분말저장부(1)는 분말을 투입받아 일시적으로 저장한 후 공급한다. 분말저장부(1)는 밑면이 경사로 이루어진 호퍼 형상의 케이스(11)로 이루어지고 케이스(11) 밑면의 테두리가 3차원 프린터(200)의 외곽 프레임에 결합되어 고정됨으로써 분말저장부(1)의 위치가 고정된다.
분말공급부(2)는 챔버부(10)의 내부에 배치되고 분말저장부(1)로부터 이동된 분말을 배출하여 분말투입부(20)에 공급하는 기능을 한다. 도 3을 참조하면 분말공급부(2)는 베이스부재(21), 투입부재(22), 지지부재(23) 및 가림부재(24)를 포함하여 구성된다.
베이스부재(21)는 구동부(4)와 연결되어 이동이 가능하다. 베이스부재(21)는 챔버부(10) 내부에 배치되는데 베이스부재(21)는 챔버부(10)의 슬릿홀(104)을 통해 연결부재(25)와 결합되고 연결부재(25)가 구동부(4)와 연결되어 베이스부재(21)가 이동 가능하게 된다.
연결부재(25)의 상단과 하단에는 홈이 형성되고 이 홈이 챔버부(10) 외측에 설치된 가이드부재(103)와 슬라이딩 가능하게 결합되어 베이스부재(21)의 원활한 수평 운동이 가능하게 된다.
한편 연결부재(25)의 중앙 부분에는 홈이 형성될 수 있다. 이 홈은 구동기가 분말공급부(2)에 직접 결합되는 경우 구동벨트(41)와 연결부재(25)의 결합을 위해 사용될 수 있고 구동기가 분말도포부(30)에 결합되는 경우에는 구동벨트(41)와의 간섭을 방지하는 기능을 할 수 있다.
투입부재(22)는 분말이송부(3)와 연결되고 분말이송부(3)를 통해 이동한 분말이 배출되는 배출구가 형성된다. 투입부재(22)는 거꾸로 놓여진 호퍼와 같이 위쪽 단면이 작고 아래쪽 단면이 큰 형태로 이루어진다.
배출구는 분말투입부(20)의 형상에 대응되도록 사각형의 형상을 가지며 분말투입부(20)의 개구 면적보다 다소 크게 형성될 수 있다. 또한 투입부재(22)와 분말투입부(20)의 이격 간격은 작도록 배치되어 분말을 공급할 때 투입부재(22)는 분말투입부(20)의 개구 부분을 덮는 형태로 위치하게 할 수 있다. 이에 따라 배출구에서 나오는 분말이 빠르게 분말투입부(20)에 채워질 수 있는 한편 배출구를 형성하는 테두리로 분말투입부(20)에 쌓인 분말을 밀어 평탄화하는 것이 가능하다.
지지부재(23)는 투입부재(22)가 베이스부재(21)에 연결되어 고정되도록 투입부재(22)와 베이스부재(21) 사이에 개재된다. 지지부재(23)에 의해 투입부재(22)의 위치가 고정되어 유지될 수 있다. 지지부재(23)는 투입부재(22)의 무게를 지탱할 수 있을 정도로 충분한 강성을 가지는 재질을 사용함이 바람직하다.
가림부재(24)는 상기 베이스부재(21)에 결합되고 상기 투입부재(22)의 양 측에 한 쌍이 배치된다. 가림부재(24)는 인접한 분말도포부(30)의 이동거리를 제한하는 기준으로 기능할 수 있다. 또한 한 쌍을 구비함으로써 일측은 분말도포부(30)와 다른 일측은 챔버(101) 내벽과 접하는 경우 센서 등을 통해 이를 감지하여 분말도포부(30)의 이동을 제한하는 것이 가능하다.
또한 가림부재(24)는 대략 'ㄴ'자 형상으로 이루어지는데 이에 따라 챔버(101) 내부의 공기 순환이 방해받지 않고 수행되는 것이 가능하다.
분말이송부(3)는 분말저장부(1)와 분말공급부(2)를 연결하여 분말이 이동하는 경로를 형성하는 한편 제어 신호에 의해 분말의 이동을 허용하거나 차단한다. 도 3을 참조하면 분말이송부(3)는 제1밸브(31), 제2밸브(32) 및 신축배관(33)을 포함한다.
제1밸브(31)는 분말저장부(1)의 하부에 배치되고, 분말저장부(1)에 분말을 투입할 때에는 경로를 폐쇄하고 분말의 투입이 종료되면 경로를 개방한다. 제1밸브(31)로는 수동밸브를 사용함이 바람직하다. 작업자가 제1밸브(31)를 폐쇄함에 따라 분말저장부(1)는 하부가 밀폐된 용기가 되고 분말의 투입 및 저장이 가능하다.
제2밸브(32)는 제1밸브(31)의 하부에 배치되고 제어 신호에 의해 자동으로 개폐되어 분말공급부(2)로 분말을 공급하거나 공급을 차단한다. 제2밸브(32)로는 자동밸브를 사용함이 바람직하며 전기 신호에 의해 개방 또는 폐쇄되는 각종 타입의 밸브를 사용할 수 있다.
이에 따라 제2밸브(32)가 폐쇄된 상태에서 제1밸브(31)를 개방하여 제2밸브(32)까지 분말이 공급된 상태로 하고 제어 신호에 의해 제2밸브(32)를 개방 또는 폐쇄하면 적절한 양의 분말을 공급하는 것이 가능하다.
이와 같이 분말이송부(3)의 통로를 개폐하도록 2개의 밸브를 채용함으로써 하나의 밸브로 분말저장부(1)에 분말을 저장하는 기능을 담당하고 다른 하나의 밸브로 분말을 공급하는 기능을 담당하게 하여 분말의 저장 및 공급 작용을 원활하게 할 수 있다. 또한 제2밸브(32)에 문제가 발생한 경우 제1밸브(31)를 폐쇄한 후 제2밸브(32)를 점검할 수 있으므로 유지 보수에도 편리하다.
신축배관(33)은 제2밸브(32)와 분말공급부(2) 사이에 배치되고 길이의 신축이 가능하다. 도면을 참조하면 신축배관(33)은 챔버(101) 내측 상부에 일단이 결합되고 다른 일단이 분말공급부(2) 상부에 연결된다. 신축배관(33)은 길이의 신축이 가능하도록 주름진 형태를 가지는 것이 바람직하며 이에 따라 분말공급부(2)의 이동에 대응할 수 있다. 또한 신축배관(33)은 열에 견딜 수 있도록 금속 재질을 사용함이 바람직하다.
또한 신축배관(33)의 원활한 움직임을 위해 도시된 바와 같이 챔버(101) 상부에 배관이 연결되는 부분에 돌출부(102)를 형성하여 공간을 만들 수도 있다.
한편 분말저장부(1)와 제1밸브(31) 사이, 제1밸브(31)와 제2밸브(32) 사이 및 제2밸브(32)와 챔버(101) 상면 사이에도 이들을 연결해 주는 각종 배관이 설치된다.
구동부(4)는 분말공급부(2)가 챔버부(10) 내측의 분말투입부(20) 상부에 위치하도록 이동시키는 기능을 하는 구성으로서 분말공급부(2)를 구동하기 위한 별도의 구동부를 구비하거나 또는 3차원 프린터(200)에 구비된 다른 구동부를 연동하여 사용하는 것을 고려할 수 있다.
일반적인 3차원 프린터(200)에는 분말투입부(20)로부터 투입된 분말을 밀어 이동시키는 분말도포부(30)가 구비된다. 분말도포부(30)에는 블레이드(302)가 구비되어 이 블레이드(302)로 분말을 밀어 성형부(40)에 도포시키고 성형이 이루어진다.
이와 같이 수평 방향으로 이동하는 분말도포부(30)에 연결된 구동기(42)를 이용하여 분말공급부(2)를 이동시키는 것이 가능하다. 이를 위하여 분말도포부(30)와 분말공급부(2)를 구동연결부(5)에 의해 서로 연결하고 구동기(42)를 작동시키면 분말도포부(30)와 분말공급부(2)가 함께 이동이 가능하게 된다. 여기에서 구동연결부(5)는 록부재(51)와 록구동기(52)를 포함하여 구성될 수 있다.
록부재(51)는 분말도포부(30)와 분말공급부(2)가 서로 일체가 되도록 결합시키거나 서로 분리되도록 결합을 해제한다.
도 4 및 도 5를 참조하면 록부재(51)는 분말공급부(2)의 연결부재(25)의 하부에 설치된다. 록부재(51)에는 록구동기(52)가 연결되어 록구동기(52)에 의해 록부재(51)가 회전하도록 이루어진다. 한편 수용부재(53)는 분말도포부(30)의 연결부재(301)의 하부에 록부재(51)와 대응되는 위치에 설치된다.
분말도포부(30)와 결합되는 연결부재(301)의 일측은 구동부(4)의 구동벨트(41)에 연결되고 분말공급부(2)와 결합되는 연결부재(25)는 구동연결부(5)에 의해 분말도포부(30)의 연결부재(301)와 결합된다. 각 연결부재(25, 301)의 상하부는 가이드부재(103)와 결합되어 슬라이딩 운동이 가능하도록 이루어진다.
이에 따라 록부재(51)가 수용부재(53)에 걸리지 않은 상태에서 구동부(4)의 구동기(42)가 작동하면 분말도포부(30)만이 이동하게 되고 록부재(51)가 수용부재(53)에 걸린 상태에서 구동부(4)의 구동기(42)가 작동하면 분말도포부(30)와 분말공급부(2)가 함께 이동하게 된다.
도면에서는 분말공급부(2)에 결합된 걸림고리 모양의 록부재(51)가 회전하면서 분말도포부(30)에 결합된 수용부재(53)와 결합하여 분말공급부(2)와 분말도포부(30)가 일체가 되도록 하는 형태가 도시되어 있지만 록부재(51)가 분말도포부(30)에 결합되고 수용부재(53)가 분말공급부(2)에 결합될 수도 있고, 록부재(51)가 걸림고리 형태가 아니더라도 서로 결합 및 분리가 가능한 부재라면 어떤 형태의 록부재라도 사용이 가능하다.
한편 록구동기(52)는 분말도포부(30)와 분말공급부(2)를 결합시키거나 결합이 해제되도록 록부재(51)를 구동시킨다. 록구동기(52)로는 모터, 실린더 등 각종 구동기를 사용할 수 있고 구동기는 제어 신호에 의해 작동할 수 있다.
이에 따라 분말도포부(30)를 구동시키는 구동부가 분말공급부(2)의 구동부를 함께 담당하는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 분말공급부(2)의 구동기를 분말도포부(30)의 구동기와 공용으로 사용하는 것을 설명하였지만 분말공급부(2)를 구동시킬 수 있는 별도의 구동기를 사용하는 것도 가능하다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 분말 공급 장치의 작동에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 분말 공급 장치의 작동을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 구동부(4)가 분말도포부(30)와 분말공급부(2)를 함께 구동시키는 경우를 중심으로 하여 설명하지만 분말공급부(2)가 별도의 구동부(4)에 의해 구동되는 경우에도 구동연결부(5)의 작동과 관련된 부분 외의 전체적인 흐름은 동일하다.
분말 공급 장치(100)는 3차원 프린터(200)에에서 적층 가공을 진행하는 도중에 분말투입부(20)의 분말이 부족한 경우 작동한다.
먼저 분말투입부(20)에 분말이 부족한지 여부를 감지한다(S10). 이를 위하여 분말투입부(20)에는 분말의 양을 감지할 수 있는 센서를 구비할 수 있다.
다음으로 분말투입부(20)에 분말이 부족한 경우 분말저장부(1)에 분말이 있는지 확인한다(S20). 이를 위하여 분말저장부(1) 역시 분말의 양을 감지할 수 있는 센서를 구비할 수 있다.
다음으로 분말저장부(1)에 분말이 있는 경우 구동연결부(5)를 작동시켜 분말공급부(2)와 분말도포부(30)를 연결한다(S30). 이 작용에 의해 분말공급부(2)와 분말도포부(30)는 일체로 동작하는 것이 가능해진다. 만약 분말저장부(1)에 분말이 없는 경우에는 오류 메세지를 출력하고 분말의 보충을 요청할 수 있다.
다음으로 분말도포부(30)의 구동기를 구동하여 분말공급부(2)를 분말투입부(20) 상부에 이동시킨다(S40). 구동기의 구동에 의해 분말도포부(30)가 이동하는 한편 구동연결부(5)에 의해 분말도포부(30)와 일체가 된 분말공급부(2)도 함께 이동한다. 분말공급부(2)의 위치는 센서를 통해 감지할 수도 있고 미리 정해진 거리를 이동시킬 수도 있다.
다음으로 분말공급부(2)가 분말투입부(20) 상부의 정해진 위치에 이동하게 되면 제2밸브(32)(자동밸브)를 작동시켜 분말투입부(20)에 분말을 공급한다(S50). 분말은 제2밸브(32)가 개방됨에 따라 자중에 의해 낙하하여 분말투입부(20)에 투입된다. 이때 분말투입부(20)의 밑면은 충분히 하방으로 이동시켜 놓아 분말이 충분히 채워지도록 한다.
분말을 공급할 때 분말공급부(2)와 분말투입부(20)의 이격 거리는 작으므로 분말투입부(20)에 분말이 다 채워진 후 투입부재(22) 내부에 분말이 쌓일 수 있다. 이를 감지하기 위해 투입부재(20)에는 센서가 구비될 수 있다.
다음으로 상기 분말공급부(2)를 원위치로 복귀시키고 구동연결부(5)를 해제하여 분말도포부(30)와 분말공급부(2)를 분리시킨다(S60). 구동부(4)가 분말도포부(30)를 이동시킴에 따라 분말공급부(2)도 함께 이동하게 된다. 이때 투입부재(20) 내부에 쌓인 분말은 투입부재(22)의 배출구를 형성하는 테두리에 의해 평탄화된다. 분말공급부(2)가 기본 위치로 이동한 후에는 분말도포부(30)와 분리시켜 대기상태로 돌아가게 한다.
이러한 동작은 광빔에 의해 성형이 이루어지는 동안 수행할 수 있다. 이에 따라 가공시간의 손실을 더 줄일 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 분말 공급 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 분말저장부 11 : 케이스
2 : 분말공급부
21 : 베이스부재 22 : 투입부재 23 : 지지부재
24 : 가림부재 25 : 연결부재
3 : 분말이송부 31 : 제1밸브 32 : 제2밸브 33 : 신축배관
4 : 구동부 41 : 구동벨트 42 : 구동기
5 : 구동연결부 51 : 록부재 52 : 록구동기 53 : 수용부재
10 : 챔버부 101 : 챔버 102 : 돌출부 103 : 가이드부재 104 : 슬릿홀
20 : 분말투입부
30 : 분말도포부 301 : 연결부재 302 : 블레이드
40 : 성형부 50 : 광빔가공부
100 : 분말 공급 장치 200 : 3차원 프린터

Claims (7)

  1. 3차원 프린터에서 원재료로 사용되는 분말을 공급하기 위한 장치로서,
    형상 가공이 이루어지는 챔버부의 외측에 설치되고, 분말을 투입받아 저장하는 분말저장부,
    상기 챔버부의 내측에 설치되고, 이동 가능하며, 상기 분말저장부로부터 이동된 분말을 상기 챔버부 내측의 분말투입부로 낙하시켜 공급하는 분말공급부,
    상기 분말저장부와 상기 분말공급부를 연결하고 연결 경로의 개폐가 가능하여 분말이 이동하거나 이동이 차단되게 하는 분말이송부 및
    상기 분말공급부가 상기 챔버부 내측의 분말투입부 상부에 위치하도록 이동시키는 구동부
    를 포함하고,
    상기 3차원 프린터에는 상기 분말투입부로부터 투입된 분말을 밀어 이동시키는 블레이드를 포함하는 분말도포부가 구비되고,
    상기 분말도포부와 상기 분말공급부는 구동연결부에 의해 서로 연결이 가능하고, 상기 구동부는 상기 분말도포부에 연결되며, 상기 분말도포부와 상기 분말공급부가 서로 연결되었을 때 상기 구동부의 구동에 의해 상기 분말도포부와 상기 분말공급부가 함께 이동이 가능하고,
    상기 구동연결부는,
    상기 분말도포부와 상기 분말공급부가 서로 일체가 되도록 결합시키거나 서로 분리되도록 결합을 해제하는 록부재 및
    상기 분말도포부와 상기 분말공급부를 결합시키거나 결합이 해제되도록 상기 록부재를 구동시키는 록구동기
    를 포함하는 분말 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    분말이송부는,
    상기 분말저장부의 하부에 배치되고, 상기 분말저장부에 분말을 투입할 때에는 경로를 폐쇄하고 분말의 투입이 종료되면 경로를 개방하는 제1밸브,
    상기 제1밸브의 하부에 배치되고 제어 신호에 의해 자동으로 개폐되어 분말을 상기 분말공급부로 공급하거나 공급을 차단하는 제2밸브 및
    상기 제2밸브와 상기 분말공급부 사이에 배치되고 길이의 신축이 가능한 신축배관
    을 포함하는 분말 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분말공급부는,
    상기 구동부와 연결되어 이동이 가능한 베이스부재 및
    상기 베이스부재에 연결되어 이동이 가능함과 동시에 상기 분말이송부와 연결되어 상기 분말이송부를 통해 이동한 분말이 배출되며, 이동하면서 배출되어 쌓인 분말을 밀어 평탄화하는 것이 가능한 투입부재
    를 포함하는 분말 공급 장치.
  4. 3차원의 성형품을 가공하는 장치로서,
    형상 가공이 이루어지는 챔버부,
    상기 챔버부에 원재료인 분말을 투입하는 분말투입부,
    상기 분말투입부에서 투입된 분말을 밀어 이동시키는 블레이드를 구비하는 분말도포부,
    이동이 가능하고 상기 챔버부의 상방에서 상기 분말투입부에 분말을 낙하시켜 공급하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 분말 공급 장치,
    상기 분말도포부에 의해 이동된 분말이 놓여지고 분말의 성형이 이루어지는 성형부 및
    상기 성형부에 놓여진 분말에 광빔을 조사하여 용융시켜 성형하는 광빔가공부
    를 포함하는 3차원 프린터.
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