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KR102247582B1 - 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3d프린터 - Google Patents

연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3d프린터 Download PDF

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KR102247582B1
KR102247582B1 KR1020200121808A KR20200121808A KR102247582B1 KR 102247582 B1 KR102247582 B1 KR 102247582B1 KR 1020200121808 A KR1020200121808 A KR 1020200121808A KR 20200121808 A KR20200121808 A KR 20200121808A KR 102247582 B1 KR102247582 B1 KR 102247582B1
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KR
South Korea
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plate
box
elevating
build
nozzle
Prior art date
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KR1020200121808A
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김원효
김도영
Original Assignee
(주)케이랩스
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Publication date
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Abstract

본 발명은 수평이동 안내수단에 의해 박스조립체를 공급하여 빌드박스 내에서 바인더 젯 방식으로 3D조형물을 조형하고, 3D조형물이 조형된 박스조립체를 회수하여 연속적으로 3D조형물을 출력할 수 있는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터에 관한 것으로서, 특히, 파우더 공급박스 및 빌드박스를 포함하는 박스조립체를 일체로 형성하여 단순화하고, 공급플레이트와 빌드플레이트의 승하강 공정을 쉽게 함으로써, 3D프린팅 공정의 소요시간을 개선하여 생산성을 높일 수 있는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터에 관한 것이다.

Description

연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터{Binder jet type 3D printer capable of printing continuously}
본 발명은 수평이동 안내수단에 의해 박스조립체를 공급하여 빌드박스 내에서 바인더 젯 방식으로 3D조형물을 조형하고, 3D조형물이 조형된 박스조립체를 회수하여 연속적으로 3D조형물을 출력할 수 있는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터에 관한 것이다.
3D프린팅 기술은 3차원 입체 도면을 기반으로, 3차원 공간 안에 인쇄하듯 물품을 만드는 제조 기술이다.
이러한 3D프린팅 기술은 3D프린터의 높은 가격 등에 의해 극히 제한된 용도에만 사용되었다. 그러나, 근래에는 3D프린터의 가격이 낮아져 대중화되고, 소재 또한, 플라스틱 소재에 국한되지 않고, 나일론과 금속 등으로 범위가 확대되어 전 산업 분야에 응용되고 있다.
3D프린팅 방식에는 광경화성 수지에 레이저를 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(Stereo Lithographic Apparatus)와, SLA에서의 광경화성 수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속 파우더를 사용하며 레이저 광선을 주사하여 소결성형하는 원리를 이용한 SLS(Selective Laser Sintering)와, 접착제가 칠해져 있는 종이를 원하는 단면으로 레이져 광선을 이용하여 절단하여 한층씩 적층하여 성형하는 LOM(Laminated Object Manufacturing)과, 잉크젯(Ink Jet) 프린터 기술을 이용한 BPM(Ballistic Particle Manufacturing)과, 파우더를 빌드플레이트에 도포하고, 빌드플레이트에 도포된 파우더 중 원하는 영역에 접착제를 분사하여 접착제로 파우더를 첩착시킴으로써, 조형물을 한층씩 적층 성형하는 바인더 젯(Binder Jet) 등이 있다.
접착제와 파우더를 통해 조형물을 조형하는 바인더 젯 방식의 3D프린터로는 한국등록특허 제10-1872210호(이하, '특허문헌 1' 이라 한다)에 기재된 것이 공지되어 있다.
특허문헌 1의 경우, 조형박스, 파우더공급박스 및 파우더회수박스, 조형플레이트 및 액츄레이터의 구성이 매우 복잡하여, 3D프린팅 공정에 시간이 많이 걸려, 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1872210호
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 파우더 공급박스 및 빌드박스를 포함하는 박스조립체를 일체로 형성하여 단순화하고, 공급플레이트와 빌드플레이트의 승하강 공정을 쉽게 함으로써, 3D프린팅 공정의 소요시간을 개선하여 생산성을 높일 수 있는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터는, 바인더 노즐과 파우더 평탄화수단이 구비되고, 빌딩영역, 파우더 공급영역 및 회수영역을 구비하는 메인프레임; 빌드플레이트가 내부에 구비되는 빌드박스와 공급플레이트가 내부에 구비되는 파우더 공급박스가 일체로 구비되는 박스조립체; 상기 빌드플레이트를 승하강시키는 빌드플레이트 승하강수단; 상기 공급플레이트를 승하강시키는 공급플레이트 승하강수단; 및 상기 박스조립체의 수평이동을 안내하는 수평이동 안내수단;을 포함한다.
또한, 상기 빌드플레이트와 상기 빌드플레이트 승하강수단 또는 상기 공급플레이트와 상기 공급플레이트 승하강수단은 일측에 구비되는 정렬핀과 타측에 구비되는 정렬홀에 의해 정렬된다.
또한, 상기 빌드플레이트와 상기 빌드플레이트 승하강수단 또는 상기 공급플레이트와 상기 공급플레이트 승하강수단은 자력에 의해 서로 결합된다.
또한, 상기 바인더 노즐의 노즐 헤드를 승하강 시키는 노즐 헤드 승하강수단;을 더 포함한다.
또한, 상기 회수영역은 복수개 구비되어 서로 연통된다.
또한, 클리닝수단;을 더 포함한다.
또한, 상기 클리닝수단은, 상기 바인더 노즐의 노즐 헤드의 하면에 세정액을 분사하는 세정액 분사노즐; 상기 노즐 헤드의 하면을 닦아내는 브러쉬; 및 상기 노즐 헤드의 하면에 에어를 분사하는 에어노즐; 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 바인더 노즐의 측면에 구비된 밀봉재를 포함하고, 상기 메인프레임은 개구된 클리닝영역을 포함하되, 상기 바인더 노즐은 상기 클리닝영역 측으로 하강하여 상기 밀봉재가 상기 클리닝영역의 상면에 접촉한 상태에서 상기 바인더 노즐을 클리닝한다.
또한, 상기 파우더 평탄화수단에 구비된 히팅수단;을 더 포함한다.
또한, 상기 박스조립체가 승하강되도록 상기 수평이동 안내수단을 승하강 시키는 박스조립체 승하강수단;을 더 포함한다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
파우더 공급박스 및 빌드박스가 일체로 구비된 박스조립체, 수평이동 안내수단, 빌드플레이트 승하강수단 및 공급플레이트 승하강수단을 통해 3D프린팅 공정을 연속으로 수행하여 조형물을 연속적으로 출력할 수 있다.
회수박스가 빌드박스를 둘러싸게 구비됨에 따라, 잉여 파우더가 메인프레임에 분산되어 메인프레임이 더러워지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 파우더가 흩날리는 것이 방지됨으로써, 3D프린팅 공정 수행시 작업환경이 개선될 수 있다.
제1승하강판 및 빌드플레이트와, 제2승하강판 및 공급플레이트가 자력에 의해 각각 결합되므로, 제1승하강판 및 제2승하강판의 상승 및 하강에 의해 빌드플레이트 및 공급플레이트가 원활하게 상승 및 하강할 수 있다.
히팅수단에 의해 평탄화판을 가열시킴으로써, 파우더의 예열이 이루어질 수 있다. 따라서, 접착제를 더욱 빨리 굳게하여 3D프린팅 공정 시간을 단축할 수 있다.
수평이동 안내수단을 승하강 시킴으로써, 박스조립체의 원활한 수평이동과, 메인프레임과 박스조립체의 틈새로 파우더가 새어나가는 것을 방지하는 것을 동시에 달성할 수 있다.
스톱퍼를 통해, 박스조립체의 수평 이동시, 박스조립체를 손쉽게 정위치에 위치시키고, 박스조립체의 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.
클리닝 영역과, 빌딩영역, 파우더 공급영역이 별개로 구분되어 있으므로, 클리닝 공정시 발생되는 이물질이 빌딩영역, 파우더 공급영역에 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 이를 통해, 3D프린팅 공정의 신뢰도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터의 사시도.
도 2는 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터의 평면도.
도 3은 도 1의 박스조립체의 사시도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터의 빌드플레이트 승하강수단 및 공급플레이트 승하강수단에 의해 빌드플레이트 및 공급플레이트가 승하강하는 것을 도시한 단면도.
도 5는 도 4a의 제1승하강판(또는 제2승하강판)의 사시도.
도 6은 도 4a의 빌드플레이트(또는 공급플레이트)의 하면의 사시도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터의 박스조립체 승하강수단에 의해 박스조립체가 상승하는 것을 도시한 측면도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터의 박스조립체가 작업 위치에 위치할 때, 박스조립체를 정렬시키는 스톱퍼의 동작을 도시한 도.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터의 클리닝 수단을 통해 바인더 노즐을 클리닝하는 과정을 도시한 사시도.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 사시도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다.
이하, 도 1 내지 도 9d를 참조하여, 본 발명의 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터의 평면도이고, 도 3은 도 1의 박스조립체의 사시도이고, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터의 빌드플레이트 승하강수단 및 공급플레이트 승하강수단에 의해 빌드플레이트 및 공급플레이트가 승하강하는 것을 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4a의 제1승하강판(또는 제2승하강판)의 사시도이고, 도 6은 도 4a의 빌드플레이트(또는 공급플레이트)의 하면의 사시도이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터의 박스조립체 승하강수단에 의해 박스조립체가 상승하는 것을 도시한 측면도이고, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터의 박스조립체가 작업 위치에 위치할 때, 박스조립체를 정렬시키는 스톱퍼의 동작을 도시한 도이고, 도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터의 클리닝 수단을 통해 바인더 노즐을 클리닝하는 과정을 도시한 사시도이다.
본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 박스조립체(200)가 수평이동 안내수단(500)에 의해 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)의 후방에서 전방으로 이동되어 공급된 후, 3D프린팅 공정이 이루어지게 되고, 3D프린팅 공정에 의해 조형된 3D조형물은, 박스조립체(200)와 함께 전방으로 이동되어 회수된다. 이처럼, 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)는 복수개의 박스조립체(200)의 이동을 통해, 연속적으로 3D조형물을 조형할 수 있는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)이다.
도 1 내지 도 9d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)는, 바인더 노즐(130)과 파우더 평탄화수단(140)이 구비되고, 빌딩영역(151), 파우더 공급영역(152) 및 회수영역(153)을 구비하는 메인프레임(100);과, 빌드플레이트(212)가 내부에 구비되는 빌드박스(210)와 공급플레이트(222)가 내부에 구비되는 파우더 공급박스(220)가 일체로 구비되는 박스조립체(200);와, 빌드플레이트(212)를 승하강시키는 빌드플레이트 승하강수단(300);과, 공급플레이트(222)를 승하강시키는 공급플레이트 승하강수단(400);과, 박스조립체(200)의 수평이동을 안내하는 수평이동 안내수단(500);과, 바인더 노즐(130)을 승하강 시키는 노즐 헤드 승하강수단(136);과, 바인더 노즐(130)을 클리닝하는 클리닝 수단을 포함하는 클리닝부(700);와, 파우더 평탄화수단(140)에 구비된 히팅수단(미도시);과, 박스조립체(200)가 승하강 되도록 수평이동 안내수단(500)을 승하강 시키는 박스조립체 승하강수단(530);과, 박스조립체(200)를 정위치에 정렬시키는 스톱퍼(600);를 포함하여 구성될 수 있다.
메인프레임(100), 바인더 노즐(130) 및 파우더 평탄화수단(140)
이하, 도 1 내지 도 4c를 참조하여 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)의 메인프레임(100), 바인더 노즐(130) 및 파우더 평탄화수단(140)에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 메인프레임(100)의 좌측에는 전후 방향으로 형성된 제1레일(110)이 구비되고, 메인프레임(100)의 우측에는 전후 방향으로 형성된 제2레일(120)이 구비된다.
메인프레임(100)의 후방에는 바인더 노즐(130)이 구비된다.
도 1, 도 2, 도 9a 내지 도 9d에 도시된 바와 같이, 바인더 노즐(130)은 바인더 노즐(130)의 노즐 몸체(131)가 전후 방향으로 이동 가능하도록 제1레일(110) 및 제2레일(120)에 설치되는 노즐 이동수단(132);과, 노즐 몸체(131)가 좌우 방향으로 이동 가능하도록 노즐 이동수단(132)에 구비되는 제1노즐 가이드(133);와, 노즐 헤드(135)를 노즐 몸체(131)에 구비되는 제2노즐 가이드(134)를 따라 승하강시키는 노즐 헤드 승하강수단(136);을 포함하여 구성될 수 있다.
노즐 이동수단(132)은 제1, 2레일(110, 120)에 설치된다.
노즐 이동수단(132)은 제1, 2레일(110, 120)을 따라 전후 방향으로 이동 가능하다.
노즐 몸체(131)는 노즐 이동수단(132)의 제1노즐 가이드(133)에 좌우 방향으로 이동 가능하게 설치된다.
노즐 헤드 승하강수단(136)은 노즐 헤드(135)를 승하강 시킨다.
노즐 헤드(135)의 승하강은 노즐 몸체(131)에 구비된 제2노즐 가이드(134)를 따라 이루어진다.
노즐 헤드(135)는 접착제(binder)를 분사하는 기능을 한다.
노즐 헤드(135)는 노즐 헤드 승하강수단(136)에 의해 상하 방향, 즉, Z축 방향을 따라 수직으로 이동이 가능하다.
노즐 몸체(131)는 제1노즐 가이드(133)에 의해 좌우 방향, 즉, X축 방향을 따라 수평으로 이동이 가능하다.
노즐 몸체(131)는 바인더 노즐 이동수단(132)에 의해 전후 방향, 즉, Y축 방향을 따라 수평으로 이동이 가능하다.
위와 같은 구성에 따라, 노즐 헤드(135)는 전후 방향, 좌우 방향 및 상하 방향, 즉, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향으로 자유로이 이동 가능하다. 따라서, 제어부(미도시)의 제어에 따라, 바인더 노즐(130)의 노즐 헤드(135)는 빌드플레이트(212)의 파우더에 접착제를 선택적으로 분사할 수 있다.
메인프레임(100)의 전방에는 파우더 평탄화수단(140)이 구비된다.
파우더 평탄화수단(140)은 제1, 2레일(110, 120)에 설치된다.
파우더 평탄화수단(140)은 제1, 2레일(110, 120)을 따라 전후 방향 즉, Y축 방향으로 이동 가능하다.
파우더 평탄화수단(140)에는 평탄화판(141)이 구비된다.
평탄화판(141)은 파우더 평탄화수단(140)이 제1, 2레일(110, 120)을 따라 전후 방향, 즉, Y축 방향으로 이동할 때, 그 하면을 통해 공급플레이트(222)의 파우더를 빌드플레이트(212)에 공급함과 동시에, 빌드플레이트(212)로 공급된 파우더를 평탄화하는 기능을 한다.
파우더 평탄화수단(140)에는 히팅수단(미도시)이 구비된다.
히팅수단은 평탄화판(141)을 가열하는 기능을 한다.
따라서, 평탄화판(141)이 공급플레이트(222)의 파우더를 빌드플레이트(212)에 공급할 때, 가열된 평탄화판(141)의 하면이 파우더에 접촉함에 따라 파우더를 가열, 즉, 예열할 수 있다.
이처럼 예열된 파우더는 노즐 헤드(135)에서 분사되는 접착제와 더욱 빠르게 반응하게 되어 더욱 빨리 굳게 된다. 따라서, 조형물을 제작하는 3D프린팅의 시간이 단축될 수 있다.
메인프레임(100)에는 클리닝부(700)가 구비된다. 클리닝부(700)에는 클리닝수단이 구비되며, 이에 대한 설명은 후술한다.
메인프레임(100)의 중앙에는 박스조립체(200)에 대응되는 개구부(150)가 구비된다.
개구부(150)는 메인프레임(100)의 상, 하면을 관통하여 형성된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 개구부(150)는 빌딩영역(151), 파우더 공급영역(152) 및 회수영역(153)으로 구분될 수 있다.
빌딩영역(151)은 메인프레임(100)의 클리닝부(700)의 후방에 위치하며, 박스조립체(200)의 빌드박스(210)가 배치된다. 이러한 빌딩영역(151)은, 파우더를 통해 3D조형물을 조형하는 영역이다.
파우더 공급영역(152)은 빌딩영역(151)의 후방에 위치하며, 박스조립체(200)의 파우더 공급박스(220)가 배치된다. 이러한 파우더 공급영역(152)은, 파우더가 공급되는 영역이다.
회수영역(153)은 빌딩영역(151)의 전방, 빌딩영역(151)의 좌측, 빌딩영역(151)의 우측에 위치하며, 박스조립체(200)의 회수박스(230)가 배치된다. 이러한 회수영역(153)은 빌딩영역(151)으로 공급된 파우더 중 잉여 파우더가 회수되는 영역이다.
회수영역(153)은 빌딩영역(151)의 전방, 빌딩영역(151)의 좌측, 빌딩영역(151)의 우측 각각에 구비되어 복수개의 영역으로 이루어질 수 있다. 이러한 복수개의 영역의 회수영역(153)은 서로 연통될 수 있다.
이와 달리, 회수영역(153)은 서로 연통되지 않은 별개의 복수개의 회수영역(153)으로 구비될 수 있다. 이 경우, 복수개의 회수영역(153)은 메인프레임(100)의 상, 하면을 관통하는 복수개의 슬릿으로 이루어질 수 있다.
박스조립체(200)
이하, 도 1 내지 도 4c를 참조하여 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)의 박스조립체(200)에 대해 설명한다.
박스조립체(200)는, 빌드플레이트(212)가 내부에 구비되는 빌드박스(210)와 공급플레이트(222)가 내부에 구비되는 파우더 공급박스(220)가 일체로 구비된다.
상세하게는, 도 1 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 박스조립체(200)는, 3D조형물의 조형이 이루어지는 빌드박스(210);와, 빌드박스(210)의 내부에 구비되는 빌드플레이트(212)와, 파우더의 공급이 이루어지며, 빌드박스(210)의 후방에 구비되는 파우더 공급박스(220);와, 파우더 공급박스(220)의 내부에 구비되는 공급플레이트(222);와, 빌드박스(210)의 전방, 빌드박스(210)의 좌측 및 빌드박스(210)의 우측을 둘러싸게 구비되는 회수박스(230);를 포함하여 구성될 수 있다.
빌드박스(210)는 내부 공간을 형성하는 전방면, 후방면, 좌측면 및 우측면과, 빌드박스(210)의 내부 공간을 제외한 상면을 폐쇄하는 빌드박스 상부판(211)을 포함하여 구성될 수 있다.
빌드박스(210)의 상면 중 일부, 즉, 빌드박스 상부판(211)의 내측 공간은 개구되어 있다.
빌드박스(210)의 하면은 개구되어 있다.
빌드박스(210)의 전방면, 후방면, 좌측면 및 우측면은 빌드박스 상부판(211)의 상부로 돌출되게 형성된다.
빌드박스(210)의 내부에는 빌드플레이트(212)가 구비되며, 빌드플레이트(212)는 빌드박스(210)의 개구된 하면을 대체하여 빌드박스(210)의 하면을 폐쇄시킨다.
이러한 빌드플레이트(212)는 빌드플레이트 승하강수단(300)에 의해 빌드박스(210) 내부공간 내에서 승하강 가능하다.
박스조립체(200)가 정위치에 위치, 즉, 박스조립체(200)가 메인프레임(100)의 개구부(150)의 하부에 위치하게 되면, 빌드박스(210)는 빌딩영역(151)에 위치하게 된다. 따라서, 박스조립체(200)가 정위치에 위치할 때, 개구부(150) 중 빌딩영역(151)에 대응되는 영역에 빌드박스(210)의 개구된 상면이 위치하게 된다.
파우더 공급박스(220)의 내부 공간을 형성하는 전방면, 후방면, 좌측면 및 우측면은 회수박스(230)의 회수박스 상부판(231)의 상부로 돌출되게 형성된다.
파우더 공급박스(220)의 상면, 즉, 파우더 공급박스(220)의 내부 공간의 상부는 개구되어 있다.
파우더 공급박스(220)의 하면은 개구되어 있다.
파우더 공급박스(220)의 내부에는 공급플레이트(222)가 구비되며, 공급플레이트(222)는 파우더 공급박스(220)의 개구된 하면을 대체하여 파우더 공급박스(220)의 하면을 폐쇄시킨다.
이러한 공급플레이트(222)는 공급플레이트 승하강수단(400)에 의해 파우더 공급박스(220) 내에서 승하강 가능하다.
박스조립체(200)가 정위치에 위치, 즉, 박스조립체(200)가 메인프레임(100)의 개구부(150)의 하부에 위치하게 되면, 파우더 공급박스(220)는 파우더 공급영역(152)에 위치하게 된다. 따라서, 박스조립체(200)가 정위치에 위치할 때, 개구부(150) 중 파우더 공급영역(152)에 대응되는 영역에 파우더 공급박스(220)의 개구된 상면이 위치하게 된다.
회수박스(230)의 상면은 개구되어 있다.
회수박스(230)는 빌드박스(210)의 전방에 배치되는 전방 회수박스와, 빌드박스(210)의 좌측에 배치되는 좌측 회수박스와, 빌드박스(210)의 우측에 배치되는 우측 회수박스를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 전방 회수박스, 좌측 회수박스 및 우측 회수박스는 서로 연통되는 구조를 갖을 수 있다.
회수박스(230)는, 평탄화판(141)에 의해 파우더 공급박스(220)에서 빌드박스(210)로 파우더가 공급될 때, 잉여 파우더가 회수박스(230) 내부로 회수됨으로써, 파우더를 회수하는 기능을 한다.
위와 같이, 회수박스(230)가 빌드박스(210)를 감싸도록 전방 회수박스, 좌측 회수박스 및 우측 회수박수로 이루어짐에 따라, 잉여 파우더가 메인프레임(100)에 분산되어 메인프레임(100)이 더러워지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 파우더가 흩날리는 것이 방지됨으로써, 3D프린팅 공정 수행시 작업환경이 개선될 수 있다.
빌드플레이트 승하강수단(300)
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)의 빌드플레이트 승하강수단(300)에 대해 설명한다.
빌드플레이트 승하강수단(300)은 빌드플레이트(212)를 승하강시키는 기능을 한다.
빌드플레이트 승하강수단(300)은 박스조립체(200)가 정위치에 위치할 때, 박스조립체(200)의 빌드플레이트(212) 하부에 위치하도록 메인프레임(100)의 빌딩영역(151) 하부에 위치한다.
빌드플레이트 승하강수단(300)은 빌드플레이트(212)와 결합되는 제1승하강판(310);과, 제1승하강판(310)의 하부에 연결되는 제1포스트(320);와, 제1포스트(320)를 승하강시킴으로써, 제1승하강판(310)을 승하강시키는 제1승하강판 구동부(330);를 포함하여 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1승하강판(310)의 상면 중앙에는 돌출부(311)가 구비되며, 돌출부(311)의 주변에는 복수개의 정렬핀(312)이 구비된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 빌드플레이트(212)의 하면 중앙에는 돌출부(311)가 삽입되는 삽입홀(213)과, 복수개의 정렬핀(312)이 각각 삽입되는 복수개의 정렬홀(214)이 구비된다.
박스조립체(200)가 정위치에 위치한 도 4a의 상태에서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1승하강판(310)이 제1승하강판 구동부(330) 및 제1포스트(320)에 의해 상승하게 되면, 제1승하강판(310)의 상부는 빌드플레이트(212)의 하부에 결합하게 된다.
제1승하강판(310)과 빌드플레이트(212)가 결합될 때, 제1승하강판(310)의 돌출부(311)는 빌드플레이트(212)의 삽입홀(213)에 삽입되고, 제1승하강판(310)의 복수개의 정렬핀(312) 각각은 빌드플레이트(212)의 복수개의 정렬홀(241) 각각에 삽입된다.
돌출부(311) 및 복수개의 정렬핀(312)은 제1승하강판(310)과 빌드플레이트(212)의 결합과 정렬을 용이하게 하는 기능을 한다.
위와 같이, 제1승하강판(310)과 빌드플레이트(212)가 결합됨에 따라, 도 4c에 도시된 바와 같이, 제1승하강판 구동부(330)의 작동에 의해 제1승하강판(310)이 상승하면, 빌드플레이트(212) 또한, 제1승하강판(310)과 같이 상승하게 된다.
빌드플레이트(212)와 빌드플레이트 승하강수단(300)의 제1승하강판(310)의 결합은 자력에 의해 이루어질 수 있다.
상세하게 설명하면, 돌출부(311)의 내부에는 전기 공급에 의해 자력이 생성되는 자성체(313)가 구비될 수 있으며, 빌드플레이트(212) 자체 또는 삽입홀(213)은 금속 재질로 이루어질 수 있다.
따라서, 제1승하강판(310)과 빌드플레이트(212)가 결합될 때, 전기를 공급하면 자성체에 의해 제1승하강판(310)과 빌드플레이트(212)가 자력으로 결합될 수 있다.
위와 같이, 자력에 의해 제1승하강판(310)과 빌드플레이트(212)가 결합됨에 따라, 제1승하강판(310)이 하강하게 될 때, 빌드플레이트(212)도 제1승하강판(310)과 같이 하강할 수 있다.
상세하게 설명하면, 제1승하강판(310)과 빌드플레이트(212)가 돌출부(311) 및 복수개의 정렬핀(312)에 의해 결합되게 될 경우, 제1승하강판(310)이 하강할 때, 빌드플레이트(212)의 하강이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 이는, 파우더가 빌드박스(210)의 개구된 하부를 통해 새어나가지 않도록 빌드플레이트(212)의 둘레면에는 밀봉재가 구비되기 때문에, 마찰력에 의해 빌드플레이트(212)가 자중에 의해 하강하기 어렵기 때문이다. 그러나, 위와 같이, 제1승하강판(310)과 빌드플레이트(212)가 자성에 의해 서로 결합되면, 제1승하강판(310)의 하강에 따라 빌드플레이트(212) 또한, 하강할 수 있게 되는 것이다.
전술한 설명에서는, 하나의 예로써, 자성체(313), 돌출부(311) 및 복수개의 정렬핀(312)이 제1승하강판(310)의 상면에 구비되고, 삽입홀(213) 및 복수개의 정렬홀(214)이 빌드플레이트(212)의 하면에 구비되는 것을 기준으로 설명하였으나, 이와 다른 구성을 갖을 수 있다.
다시 말해, 돌출부(311)는 제1승하강판(310)의 상면 및 빌드플레이트(212)의 하면 중 어느 하나에 구비되고, 삽입홀(213)은 제1승하강판(310)의 상면 및 빌드플레이트(212)의 하면 중 나머지 하나에 구비될 수 있다.
또한, 복수개의 정렬핀(312)은 제1승하강판(310)의 상면 및 빌드플레이트(212)의 하면 중 어느 하나에 구비되고, 복수개의 정렬홀(214)은 제1승하강판(310)의 상면 및 빌드플레이트(212)의 하면 중 나머지 하나에 구비될 수 있다.
또한, 자성체(313)는 제1승하강판(310)의 상면 및 빌드플레이트(212)의 내부 중 어느 하나에 구비되고, 제1승하강판(310)의 상면 및 빌드플레이트(212)의 하면 중 나머지 하나가 금속으로 이루어질 수 있다.
즉, 빌드플레이트(212)와 빌드플레이트 승하강수단(300)의 제1승하강판(310)은 일측에 구비되는 정렬핀(312)과 타측에 구비되는 정렬홀(214)에 의해 정렬되어 서로 결합될 수 있다.
공급플레이트 승하강수단(400)
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)의 공급플레이트 승하강수단(400)에 대해 설명한다.
공급플레이트 승하강수단(400)은 공급플레이트(222)를 승하강시키는 기능을 한다.
공급플레이트 승하강수단(400)은 박스조립체(200)가 정위치에 위치할 때, 박스조립체(200)의 공급플레이트(222) 하부에 위치하도록 메인프레임(100)의 파우더 공급영역(152) 하부에 위치한다.
공급플레이트 승하강수단(400)은 공급플레이트(222)와 결합되는 제2승하강판(410);과, 제2승하강판(410)의 하부에 연결되는 제2포스트(420);와, 제2포스트(420)를 승하강시킴으로써, 제2승하강판(410)을 승하강시키는 제2승하강판 구동부(430);를 포함하여 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2승하강판(410)의 상면 중앙에는 돌출부(411)가 구비되며, 돌출부(411)의 주변에는 복수개의 정렬핀(412)이 구비된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 공급플레이트(222)의 하면 중앙에는 돌출부(411)가 삽입되는 삽입홀(223)과, 복수개의 정렬핀(412)이 각각 삽입되는 복수개의 정렬홀(224)이 구비된다.
박스조립체(200)가 정위치에 위치한 도 4a의 상태에서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제2승하강판(410)이 제2승하강판 구동부(430) 및 제2포스트(420)에 의해 상승하게 되면, 제2승하강판(410)의 상부는 공급플레이트(222)의 하부에 결합하게 된다.
제2승하강판(410)과 공급플레이트(222)가 결합될 때, 제2승하강판(410)의 돌출부(411)는 공급플레이트(222)의 삽입홀(223)에 삽입되고, 제2승하강판(410)의 복수개의 정렬핀(412) 각각은 공급플레이트(222)의 복수개의 정렬홀(224) 각각에 삽입된다.
돌출부(411) 및 복수개의 정렬핀(412)은 제2승하강판(410)과 공급플레이트(222)의 결합과 정렬을 용이하게 하는 기능을 한다.
위와 같이, 제2승하강판(410)과 공급플레이트(222)가 결합됨에 따라, 도 4c에 도시된 바와 같이, 제2승하강판 구동부(430)의 작동에 의해 제2승하강판(410)이 상승하면, 공급플레이트(222) 또한, 제2승하강판(410)과 같이 상승하게 된다.
공급플레이트(222)와 공급플레이트 승하강수단(400)의 제2승하강판(410)의 결합은 자력에 의해 이루어질 수 있다.
상세하게 설명하면, 돌출부(411)의 내부에는 전기 공급에 의해 자력이 생성되는 자성체(413)가 구비될 수 있으며, 공급플레이트(222) 자체 또는 삽입홀(223)은 금속 재질로 이루어질 수 있다.
따라서, 제2승하강판(410)과 공급플레이트(222)가 결합될 때, 전기를 공급하면 자성체에 의해 제2승하강판(410)과 공급플레이트(222)가 자력으로 결합될 수 있다.
위와 같이, 자력에 의해 제2승하강판(410)과 공급플레이트(222)가 결합됨에 따라, 제2승하강판(410)이 하강하게 될 때, 공급플레이트(222)도 제2승하강판(410)과 같이 하강할 수 있다.
상세하게 설명하면, 제2승하강판(410)과 공급플레이트(222)가 돌출부(411) 및 복수개의 정렬핀(412)에 의해 결합되게 될 경우, 제2승하강판(410)이 하강할 때, 공급플레이트(222)의 하강이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 이는, 파우더가 파우더 공급박스(220)의 개구된 하부를 통해 새어나가지 않도록 공급플레이트(222)의 둘레면에는 밀봉재가 구비되기 때문에, 마찰력에 의해 공급플레이트(222)가 자중에 의해 하강하기 어렵기 때문이다. 그러나, 위와 같이, 제2승하강판(410)과 공급플레이트(222)가 자성에 의해 서로 결합되면, 제2승하강판(410)의 하강에 따라 공급플레이트(222) 또한, 하강할 수 있게 되는 것이다.
전술한 설명에서는, 하나의 예로써, 자성체(413), 돌출부(411) 및 복수개의 정렬핀(412)이 제2승하강판(410)의 상면에 구비되고, 삽입홀(223) 및 복수개의 정렬홀(224)이 공급플레이트(222)의 하면에 구비되는 것을 기준으로 설명하였으나, 이와 다른 구성을 갖을 수 있다.
다시 말해, 돌출부(411)는 제2승하강판(410)의 상면 및 공급플레이트(222)의 하면 중 어느 하나에 구비되고, 삽입홀(223)은 제2승하강판(410)의 상면 및 공급플레이트(222)의 하면 중 나머지 하나에 구비될 수 있다.
또한, 복수개의 정렬핀(412)은 제2승하강판(410)의 상면 및 공급플레이트(222)의 하면 중 어느 하나에 구비되고, 복수개의 정렬홀(224)은 제2승하강판(410)의 상면 및 공급플레이트(222)의 하면 중 나머지 하나에 구비될 수 있다.
또한, 자성체(413)는 제2승하강판(410)의 상면 및 공급플레이트(222)의 내부 중 어느 하나에 구비되고, 제2승하강판(410)의 상면 및 공급플레이트(222)의 하면 중 나머지 하나가 금속으로 이루어질 수 있다.
즉, 공급플레이트(222)와 공급플레이트 승하강수단(400)의 제2승하강판(410)은 일측에 구비되는 정렬핀(412)과 타측에 구비되는 정렬홀(224)에 의해 정렬되어 서로 결합될 수 있다.
수평이동 안내수단(500)
이하, 도 1, 도 7a 및 도 7b를 참조하여, 수평이동 안내수단(500)에 대해 설명한다.
수평이동 안내수단(500)은 메인프레임(100)의 하부에 위치하며, 박스조립체(200)를 전후 방향으로 이동시키는 기능을 한다.
수평이동 안내수단(500)은, 메인프레임(100)의 하부 좌측에 위치하는 제1체인레일(510)과, 메인프레임(100)의 하부 우측에 위치하는 제2체인레일(520)로 이루어질 수 있다.
박스조립체(200)는 제1, 2체인레일(510, 520)의 상부에 안착된다.
박스조립체(200)가 제1, 2체인레일(510, 520)의 상부에 안착되면, 박스조립체(200)는 메인프레임(100)과, 제1, 2체인레일(510, 520)의 사이에 위치하게 된다.
박스조립체(200)는 제1, 2체인레일(510, 520)의 체인의 회전에 의해 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)의 전방에서 후방으로 수평이동 할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 박스조립체 승하강수단(530)은 박스조립체(200)가 승하강되도록 수평이동 안내수단(500), 즉, 제1, 2체인레일(510, 520)을 승하강시킨다.
박스조립체(200)가 제1, 2체인레일(510, 520)의 상부에 안착되어 체인의 회전에 의해 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)의 전방에서 후방으로 이동될 때, 도 7a에 도시된 바와 같이, 제1, 2체인레일(510, 520)은 하강된 상태를 유지하고 있다.
이 경우, 박스조립체(200)의 상부는 메인프레임(100)의 하면과 이격되어 있다.
이처럼, 메인프레임(100)의 하면과 박스조립체(200) 상부가 서로 이격됨에 따라, 박스조립체(200)가 메인프레임(100)과 제1, 2체인레일(510, 520) 사이에 끼어지지 않게 되며, 이로 인해, 제1, 2체인레일(510, 520)을 통한 박스조립체(200)의 수평이동이 원활하게 이루어질 수 있다.
이 후, 박스조립체(200)가 정위치에 위치하게 되면, 도 7b에 도시된 바와 같이, 박스조립체 승하강수단(530)이 작동되어 제1, 2체인레일(510, 520)이 상승된다.
따라서, 박스조립체(200) 또한, 제1, 2체인레일(510, 520)과 함께 상승하게 된다.
박스조립체(200)가 상승하게 되면, 박스조립체(200)의 빌드박스(210)의 빌드박스 상부판(211)은 메인프레임(100)의 하면에 밀착되고, 빌드박스(210)의 상부로 돌출된 전방면, 후방면, 좌측면 및 우측면은 개구부(150)의 빌딩영역(151) 내로 삽입된다.
또한, 박스조립체(200)가 상승하게 되면, 박스조립체(200)의 회수박스(230)의 회수박스 상부판(231)은 메인프레임(100)의 하면에 밀착되고, 파우더 공급박스(220)의 상부로 돌출된 전방면, 후방면, 좌측면 및 우측면은 개구부(150)의 파우더 공급영역(152) 내로 삽입된다.
위와 같이, 파우더 공급박스(220)의 상부로 돌출된 전방면, 후방면, 좌측면 및 우측면은 개구부(150)의 파우더 공급영역(152) 내로 삽입됨에 따라, 메인프레임(100)과 파우더 공급박스(220) 사이의 틈새가 메워지게 된다. 따라서, 파우더의 공급을 위해 공급플레이트(222)의 상승되더라도, 메인프레임(100)의 하부로 파우더가 새어나가지 않게 된다.
또한, 빌드박스(210)의 상부로 돌출된 전방면, 후방면, 좌측면 및 우측면이 개구부(150)의 빌딩영역(151) 내로 삽입됨에 따라, 메인프레임(100)과 빌드박스(210) 및 회수박스(230) 사이의 틈새가 메워지게 된다. 따라서, 파우더 공급박스(220)로부터 파우더가 공급되더라도, 파우더가 회수박스(230)로만 회수되거나, 빌드박스(210) 내부로 유입될 뿐, 메인프레임(100)의 하부로 파우더가 새어나가지 않게 된다.
위와 같은 구성에 의해, 박스조립체(200)를 공급 및 회수하기 위해 제1, 2체인레일(510, 520)을 통해 박스조립체(200)를 수평이동시킬 때에는 도 7a와 같이, 박스조립체 승하강수단(530)이 제1, 2체인레일(510, 520)을 하강시키고, 3D프린팅 공정을 수행할 때에는 도 7b와 같이, 박스조립체 승하강수단(530)이 제1, 2체인레일(510, 520)을 승하강시킴으로써, 박스조립체(200)의 원활한 수평이동과, 메인프레임(100)과 박스조립체(200)의 틈새로 파우더가 새어나가는 것을 방지하는 것을 동시에 달성할 수 있다.
전술한 박스조립체 승하강수단(530)은 유압 또는 공압에 의해 제1, 2체인레일(510, 520)을 승하강시키거나 하강시키는 유압실린더 또는 공압실린더일 수 있다.
스톱퍼(600)
이하, 스톱퍼(600)에 대해 설명한다.
스톱퍼(600)는 박스조립체(200)가 수평이동 안내수단, 즉, 제1, 2체인레일(510, 520)을 통해 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)의 후방에서 전방으로 이동될 때, 박스조립체(200)를 정위치에 정렬시키는 기능을 한다.
스톱퍼(600)는 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 스톱퍼 몸체(610)와, 스톱퍼 몸체(610)를 승하강시키는 스톱퍼 승하강부(620)와, 박스조립체(200)의 전방에 접촉되도록 스톱퍼 몸체(610)의 후방에 구비되는 완충부(630)를 포함하여 구성될 수 있다.
3D프린팅 공정을 수행하기 위해, 박스조립체(200)가 수평이동 안내수단, 즉, 제1, 2체인레일(510, 520)을 통해 후방에서 전방으로 이동될 때, 도 8a에 도시된 바와 같이, 스톱퍼(600)의 스톱퍼 몸체(610)는 하강된 채로 유지하고 있다.
이 후, 스톱퍼 승하강부(620)가 스톱퍼 몸체(610)를 상승시키게 되면, 박스조립체(200)의 전방면은 스톱퍼 몸체(610)의 후방에 구비되는 완충부에 접하게 된다.
이 경우, 스톱퍼(600)는 메인프레임(100)의 개구부(150)의 전방의 하부에 위치하므로, 스톱퍼(600)의 완충부(630)에 의해 멈춰진 박스조립체(200)는 파우더 공급박스(220)가 파우더 공급영역(152)의 하부에 위치하고, 빌드박스(210)가 빌딩영역(151)의 하부에 위치하게 됨으로써, 정위치에 위치하게 된다.
박스조립체(200)의 파손을 방지하기 위해, 완충부(630)는 박스조립체(200)의 전방면에 밀착되는 롤러(631)와, 롤러에 탄성력을 부여하는 탄성부(632)를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 박스조립체(200)가 롤러(631)에 접촉될 때, 탄성부(632)에 의해 롤러(631)가 일시적으로 전방으로 이동되었다가, 다시 원위치로 이동함으로써, 박스조립체(200)에 의한 충격을 완화시킬 수 있다. 따라서, 박스조립체(200) 및 스톱퍼(600)의 파손이 방지될 수 있다.
위와 같은 구성을 갖는 스톱퍼(600)가 구비됨에 따라, 박스조립체(200)의 수평 이동시, 박스조립체(200)를 손쉽게 정위치에 위치시킬 수 있으며, 이를 통해, 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)의 3D프린팅 공정의 연속출력이 원활하게 이루어질 수 있다.
클리닝부(700)
이하, 클리닝부(700)에 대해 설명한다.
도 9a 내지 도 9d에 도시된 바와 같이, 메인프레임(100)에는 클리닝부(700)가 구비된다.
클리닝부(700)는 바인더 노즐(130)의 노즐 헤드(135)를 클리닝하는 기능을 한다.
클리닝부(700)는, 클리닝홈(710);과, 클리닝홈(710) 내부에 구비되는 클리닝수단을 포함하여 구성된다.
클리닝홈(710)은 메인프레임(100)의 상부에서 개구부(150)의 빌딩영역(151)의 전방에 위치한다.
클리닝홈(710)은 상부가 개구되고, 하부가 폐쇄되며, 좌우로 길게 형성된다.
이러한 클리닝홈(710)은 클리닝영역(154)을 형성하게 된다.
클리닝수단은 클리닝홈(710)의 내부에 구비되며, 바인더 노즐(130)의 노즐 헤드(135)의 하면에 세정액을 분사하는 세정액 분사노즐(미도시);과, 노즐 헤드(135)의 하면을 닦아내는 브러쉬(720);와, 노즐 헤드(135)의 하면에 에어를 분사하는 에어노즐(미도시); 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
세정액 분사노즐은 세정액의 분사를 통해 노즐 헤드(135)의 하면의 파우더 등의 이물질을 제거하는 기능을 한다.
브러쉬(720)는 브러쉬(720)와 노즐 헤드(135)의 하면의 물리적 접촉을 통해, 노즐 헤드(135)의 하면의 파우더 등의 이물질을 제거하는 기능을 한다.
에어노즐은 에어의 분사를 통해 노즐 헤드(135)의 하면의 파우더 등의 이물질을 제거하는 기능과 동시에, 세정액을 건조하는 기능을 한다.
도 9a 내지 도 9d에는 하나의 예로써, 브러쉬(720)만이 도시되어 있으나, 클리닝수단은 브러쉬(720), 에어노즐 및 세정액 분사노즐이 모두 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 클리닝수단을 통한 클리닝 순서는 브러쉬(720), 에어노즐, 세정액분사노즐, 브러쉬(720), 에어노즐 순으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는, 브러쉬(720)를 통해, 큰 이물질을 제거하고, 에어노즐 및 세정액을 통해 작은 이물질을 제거한 후, 다시 브러쉬(720) 및 에어노즐을 통해 세정액을 닦고 건조시킬 수 있기 때문이다.
따라서, 클리닝홈(710)에 구비되는 클리닝수단은, 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)의 우측에서 좌측 순으로, 브러쉬(720), 에어노즐, 세정액분사노즐, 브러쉬(720), 에어노즐이 배치되고, 노즐 헤드(135)는 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)의 우측에서 좌측 순으로 이동하여 클리닝 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
이하, 도 9a 내지 도 9d를 참조하여, 클리닝부(700)를 통한 클리닝 공정에 대해 상세하게 설명한다.
바인더 노즐(130)의 클리닝을 위해, 바인더 노즐(130)은, 도 9a에 도시된 바와 같이, 노즐 이동수단(132)을 통해, 전방으로 이동하고, 노즐 몸체(131)는 제1노즐 가이드(133)를 따라 우측으로 이동한다.
이 후, 도 9b에 도시된 바와 같이, 노즐 헤드(135)는 노즐 헤드 승하강수단(136)에 의해 제2노즐 가이드(134)를 따라 하강하여 클리닝홈(710) 내부로 진입하게 된다.
이 후, 도 9c에 도시된 바와 같이, 노즐 몸체(131)는 제1노즐 가이드(133)를 따라 좌측으로 이동함으로써, 브러쉬(720) 등 클리닝수단에 의해 노즐 헤드(135)의 하면을 클리닝하게 된다.
도 9d 에 도시된 바와 같이, 노즐 몸체(131)는 제1노즐 가이드(133)를 따라 클리닝홈(710)의 최좌측까지 이동하게 되어 노즐 헤드(135)의 하면 클리닝이 완료된 후, 노즐 헤드(135)는 노즐 헤드 승하강수단(136)에 의해 제2노즐 가이드(134)를 따라 상승하게 된다. 위와 같이, 노즐 헤드(135)가 상승하게 됨으로써, 클리닝수단에 의한 클리닝 공정이 완전히 완료된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)의 경우, 노즐 헤드(135)가 전후 방향 및 좌우 방향으로 수평이동 가능함과 동시에, 상하 방향으로 수직이동이 가능하게 구비됨으로써, 클리닝홈(710) 내부에서의 클리닝을 용이하게 수행할 수 있다.
이처럼 클리닝홈(710) 내부에서 노즐 헤드(135)의 클리닝이 이루어짐에 따라, 노즐 헤드(135)의 클리닝이 이루어지는 클리닝영역(154)이 빌딩영역(151), 파우더 공급영역(152) 등 3D프린팅 공정이 수행되는 공간과 독립된 별도의 공간으로 이루어질 수 있게 된다.
따라서, 노즐 헤드(135) 하면의 이물질 등과, 세정액이 파우더 공급박스(220) 또는 빌드박스(210)에 유입되는 것이 원천적으로 차단될 수 있어 3D프린팅 공정의 신뢰도가 향상될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 클리닝부(700)는 클리닝홈(710)의 상부를 폐쇄하는 상부판이 구비될 수 있다.
상부판에는 노즐 헤드(135)가 삽입되는 헤드 구멍이 형성될 수 있다. 따라서, 상부판은 개구된 클리닝홈(710) 즉, 개구된 클리닝영역(154)의 상부 중 일부를 폐쇄하게 된다.
상부판은 좌우 방향으로 슬라이드 가능하게 구비될 수 있다. 따라서, 상부판과 노즐 헤드(135)가 우측에서 좌측으로 같이 이동함으로써, 노즐 헤드(135)가 헤드 구멍에 삽입된 채로, 노즐 헤드(135)가 클리닝홈(710)을 따라 우측에서 좌측으로 이동 가능할 수 있다.
이 경우, 바인더 노즐(130)의 측면 또는 노즐 헤드(135)의 측면에 밀봉재(미도시)가 구비될 수 있다.
밀봉재는 노즐 헤드(135)가 헤드 구멍에 삽입될 때, 노즐 헤드(135)와 상부판의 헤드 구멍 사이의 틈새를 밀봉하는 기능을 한다. 따라서, 노즐 헤드(135)가 하강할 때, 밀봉재의 하면은 상부판의 상면에 접촉한 상태가 된다.
다시 말해, 바인더 노즐(130)은, 바인더 노즐(130)의 측면에 구비된 밀봉재를 포함하고, 메인프레임(100)은 개구된 클리닝영역(154)을 포함하되, 바인더 노즐(130)은 상기 클리닝영역(154) 측으로 하강하여 밀봉재가 클리닝영역(154)의 상면에 접촉한 상태에서 바인더 노즐(130)을 클리닝 할 수 있는 것이다.
위와 같이, 상부판과 밀봉재가 구비됨에 따라, 클리닝 공정시 클리닝영역(154)과 클리닝영역(154)의 외부를 별개의 독립적인 공간으로 완전히 분리하게 되어. 클리닝 공정시 제거되는 이물질이 클리닝영역(154)의 외부로 분산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)를 이용한 3D프린팅 공정
이하, 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)를 이용한 3D프린팅 공정에 설명한다.
먼저, 3D프린팅 공정을 수행하기 위해, 박스조립체(200)가 제1, 2체인레일(510, 520)의 상부에 안착된 채, 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)의 후방에서 전방으로 이동하게 된다.
이 후, 8b에 도시된 바와 같이, 스톱퍼 몸체(610)의 승하강에 의해, 롤러(631)가 박스조립체(200)의 전방면에 밀착되게 되고, 박스조립체(200)가 정위치에 위치하게 된다.
박스조립체(200)가 정위치에 위치하게 된 후, 도 7b에 도시된 바와 같이, 제1, 2체인레일(510, 520)이 박스조립체 승하강수단(530)에 의해 상승하여 박스조립체(200) 자체가 상승된다. 따라서, 빌드박스(210)의 상부로 돌출된 전방면, 후방면, 좌측면 및 우측면이 개구부(150)의 빌딩영역(151) 내로 삽입되고, 파우더 공급박스(220)의 상부로 돌출된 전방면, 후방면, 좌측면 및 우측면이 개구부(150)의 파우더 공급영역(152) 내로 삽입된다.
박스조립체(200)가 상승하게 된 후, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 빌드플레이트 승하강수단(300)과 공급플레이트 승하강수단(400)에 의해 제1승하강판(310)과 제2승하강판(410) 각각이 상승되어 빌드플레이트(212) 및 공급플레이트(222) 각각에 결합된다.
이 후, 제1승하강판(310)은 완전히 상승하여, 빌드박스(210) 내에서 빌드플레이트(212)를 최상부로 상승시킨다.
제1승하강판(310)을 통해 빌드플레이트(212)가 파우더층 높이만큼 하강하면, 제2승하강판(410)은 공급플레이트(222)를 상승시키고, 파우더 평탄화수단(140)은 후방에서 전방으로 이동되어 평탄화판(141)을 통해 공급플레이트(222)의 파우더를 빌드플레이트(212)에 공급하게 된다. 이 경우, 빌드플레이트(212)에 공급된 파우더는 빌드플레이트(212)의 상부에 1개층을 이루는 파우더층이 된다.
이 후, 바인더 노즐(130)의 노즐 헤드(135)는 조형물의 형상대로, 빌드플레이트(212)의 파우더층에 접착제를 분사하게 된다. 접착제에 의해 파우더가 접착이 되면, 빌드플레이트(212)는 하강하고, 공급플레이트(222)는 상승하여, 파우더 평탄화수단(140)을 통한 파우더의 공급이 다시 이루어진다.
위와 같이, 파우더 공급 및 접착제 분사 공정이 반복적으로 수행됨으로써, 3D조형물의 조형이 완료된다.
이 후, 제1승하강판(310)과 빌드플레이트(212)의 결합 및 제2승하강판(410)과 공급플레이트(222)의 결합이 해제되고, 스톱퍼 몸체(610)가 하강하게 된다.
박스조립체(200)는 제1, 2체인레일(510, 520)에 의해 전방으로 이동되어 빌드박스(210) 내에서 완성된 조형물이 회수될 수 있다.
이 후, 조형물이 회수된 박스조립체(200)의 후방에 위치한 박스조립체(200)가 다시 정위치에 위치하게 되고, 위의 과정이 반복됨으로써, 3D프린팅의 공정의 연속출력이 달성된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바인더 젯 방식의 3D프린터(10)는, 파우더 공급박스(220) 및 빌드박스(210)가 일체로 구비된 박스조립체(200), 수평이동 안내수단(500), 빌드플레이트 승하강수단(300) 및 공급플레이트 승하강수단(400)을 통해 3D프린팅 공정을 연속으로 수행하여 조형물을 연속적으로 출력할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 바인더 젯 방식의 3D프린터
100: 메인프레임 110: 제1레일
120: 제2레일 130: 바인더 노즐
131: 노즐 몸체 132: 노즐 이동수단
133: 제1노즐 가이드 134: 제2노즐 가이드
135: 노즐 헤드 136: 노즐 헤드 승하강수단
140: 파우더 평탄화수단 141: 평탄화판
150: 개구부 151: 빌딩영역
152: 파우더 공급영역 153: 회수영역
154: 클리닝영역
200: 박스조립체 210: 빌드박스
211: 빌드박스 상부판 212: 빌드플레이트
213: 삽입홀 214: 정렬홀
220: 파우더 공급박스 222: 공급플레이트
223: 삽입홀 224: 정렬홀
230: 회수박스 231: 회수박스 상부판
300: 빌드플레이트 승하강수단 310: 제1승하강판
311: 돌출부 312: 정렬핀
313: 자성체
320: 제1포스트 330: 제1승하강판 구동부
400: 공급플레이트 승하강수단 410: 제2승하강판
411: 돌출부 412: 정렬핀
413: 자성체 420: 제2포스트
430: 제2승하강판 구동부
500: 수평이동 안내수단 510: 제1체인레일
520: 제2체인레일 530: 박스조립체 승하강수단
600: 스톱퍼 610: 스톱퍼 몸체
620: 스톱퍼 승하강부 630: 완충부
631: 롤러 632: 탄성부
700: 클리닝부 710: 클리닝홈
720: 브러쉬

Claims (10)

  1. 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터에 있어서,
    바인더 노즐과 파우더 평탄화수단이 구비되고, 빌딩영역, 파우더 공급영역 및 회수영역을 구비하는 메인프레임;
    빌드플레이트가 내부에 구비되는 빌드박스와 공급플레이트가 내부에 구비되는 파우더 공급박스가 일체로 구비되는 박스조립체;
    상기 빌드플레이트를 승하강시키는 빌드플레이트 승하강수단;
    상기 공급플레이트를 승하강시키는 공급플레이트 승하강수단;
    상기 박스조립체의 수평이동을 안내하며, 상기 메인프레임의 하부 좌측에 위치하는 제1체인레일과, 상기 메인프레임의 하부 우측에 위치하는 제2체인레일로 이루어진 수평이동 안내수단; 및
    상기 제1, 2체인레일을 승하강시키는 박스조립체 승하강수단;을 포함하고,
    상기 박스조립체가 상기 제1, 2체인레일의 상부에 안착되어 체인의 회전에 의해 상기 바인더 젯 방식의 3D프린터의 전방에서 후방으로 이동될 때, 상기 제1, 2체인레일은 하강된 상태를 유지하고,
    상기 박스조립체가 정위치에 위치하게 될 때, 상기 메인프레임과 상기 파우더 공급박스, 상기 빌드박스 및 회수박스 각각의 사이의 틈새가 메워지도록 상기 박스조립체 승하강수단이 상기 제1, 2체인레일 및 상기 박스조립체를 상승시키는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 빌드플레이트와 상기 빌드플레이트 승하강수단 또는 상기 공급플레이트와 상기 공급플레이트 승하강수단은 일측에 구비되는 정렬핀과 타측에 구비되는 정렬홀에 의해 정렬되는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 빌드플레이트와 상기 빌드플레이트 승하강수단 또는 상기 공급플레이트와 상기 공급플레이트 승하강수단은 자력에 의해 서로 결합되는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바인더 노즐의 노즐 헤드를 승하강 시키는 노즐 헤드 승하강수단;을 더 포함하는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회수영역은 복수개 구비되어 서로 연통되는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터.
  6. 제1항에 있어서,
    클리닝수단;을 더 포함하는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 클리닝수단은,
    상기 바인더 노즐의 노즐 헤드의 하면에 세정액을 분사하는 세정액 분사노즐;
    상기 노즐 헤드의 하면을 닦아내는 브러쉬; 및
    상기 노즐 헤드의 하면에 에어를 분사하는 에어노즐; 중 적어도 어느 하나를 포함하는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 바인더 노즐의 측면에 구비된 밀봉재를 포함하고, 상기 메인프레임은 개구된 클리닝영역을 포함하되,
    상기 바인더 노즐은 상기 클리닝영역 측으로 하강하여 상기 밀봉재가 상기 클리닝영역의 상면에 접촉한 상태에서 상기 바인더 노즐을 클리닝하는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 파우더 평탄화수단에 구비된 히팅수단;을 더 포함하는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D프린터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 2체인레일을 통해 상기 박스조립체가 상기 바인더 젯 방식의 3D프린터의 후방에서 전방으로 이동 될 때. 상기 박스조립체를 상기 정위치에 정렬시키는 스톱퍼;를 더 포함하고,
    상기 스톱퍼는,
    스톱퍼 몸체를 승하강시키는 스톱퍼 승하강부; 및
    상기 박스조립체의 전방에 접촉되도록 상기 스톱퍼 몸체의 후방에 구비되는 완충부;를 포함하는 연속출력이 가능한 바인더 젯 방식의 3D 프린터.
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