KR20150124553A - 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터 - Google Patents
선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150124553A KR20150124553A KR1020140051020A KR20140051020A KR20150124553A KR 20150124553 A KR20150124553 A KR 20150124553A KR 1020140051020 A KR1020140051020 A KR 1020140051020A KR 20140051020 A KR20140051020 A KR 20140051020A KR 20150124553 A KR20150124553 A KR 20150124553A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- powder
- laser
- laser printer
- ship
- nozzle
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 378
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 68
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 82
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 20
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 17
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 13
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 9
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 8
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 8
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 7
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 7
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 3
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 claims description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 31
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 abstract description 20
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 9
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 5
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 4
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000010981 drying operation Methods 0.000 description 2
- 229920006351 engineering plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 2
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000002990 reinforced plastic Substances 0.000 description 2
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 description 2
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
- B23K26/342—Build-up welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
- B23K37/02—Carriages for supporting the welding or cutting element
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
- B23K37/08—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for flash removal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
- B65G47/00—Article or material-handling devices associated with conveyors; Methods employing such devices
- B65G47/34—Devices for discharging articles or materials from conveyor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
Abstract
본 발명은 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터에 관한 것으로서, 본 발명의 선박 건조 설비는, 입체물품을 제조하는 장소를 제공하면서 상기 입체물품을 외부로 옮길 수 있도록, 선박 건조 공장에 설치되는 이송부; 상기 입체물품을 제조할 분말을 상기 이송부에 공급하여 분말층을 형성하는 분말 공급부; 및 상기 분말층 전체 또는 일부를 소결시키는 레이저 프린터를 포함하되, 상기 분말 공급부와 상기 레이저 프린터는, 상기 입체물품 제조를 위한 설계도면의 정보에 따라 순차적으로 작동하여 상기 입체물품이 완성될 때까지 분말 공급 공정 및 분말 소결 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터는, 분말 공급부, 레이저 프린터를 구비함으로써, 선택적 레이저 소결방식 또는 부분증착형 선택적 레이저 소결방식으로 선박 건조에 필요한 입체물품인 각종 블록 또는 부품들을 마킹, 절단, 굽힘 등의 가공작업 없이 제조할 수 있어, 선박 건조 작업 공수를 절감할 수 있고, 미소결 분말 제거기, 미소결 분말 회수부를 구비함으로써, 소결되지 않은 미소결 분말을 용이하게 회수하여 재활용할 수 있어, 분말 구매 비용 및 건조 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터는, 분말 공급부, 레이저 프린터를 구비함으로써, 선택적 레이저 소결방식 또는 부분증착형 선택적 레이저 소결방식으로 선박 건조에 필요한 입체물품인 각종 블록 또는 부품들을 마킹, 절단, 굽힘 등의 가공작업 없이 제조할 수 있어, 선박 건조 작업 공수를 절감할 수 있고, 미소결 분말 제거기, 미소결 분말 회수부를 구비함으로써, 소결되지 않은 미소결 분말을 용이하게 회수하여 재활용할 수 있어, 분말 구매 비용 및 건조 비용을 절감할 수 있다.
Description
본 발명은 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터에 관한 것이다.
선박을 건조하는 과정은 선박의 주문으로 시작하여 크게 설계, 선각공사, 의장공사, 인도로 이루어지며, 그 과정에서 나타나는 영업상의 채산성에 의해 그 산업의 생존 및 성공이 판가름 지어진다. 이와 같은 채산성을 결정짓는 중요한 요소 중 한가지는 선박의 건조 방식 등에서 나타나는 생산성이며, 모든 조선공업은 선박 건조의 생산성 향상을 위하여 노력하고 있다.
선박의 건조 과정 중에서, 선각공사는 강재가 제철소로부터 조선소로 입고되어 강재적치장에 보관되어 있다가 공사순서에 따라서 그룹별로 강재 전처리과정을 거쳐 가공공장에 반입되고, 가공공장에서 마킹, 절단, 굽힘 가공작업이 이루어진다. 이어서 절단된 부재는 강재 조립장에서 소조립, 중조립, 대조립의 과정을 통해 불록으로 구성된다. 블록은 부재끼리 조립 또는 용접하거나 보강재를 이용하여 용접 조립되어 구성될 수 있으며, 보강재는 미리 만들어진 형상도 있고, 조선소에서 알맞게 제조될 수 있다. 부재 또는 보강재와 같이 선박 건조에 사용되는 재료는 연강(mild steel)과 고장력강(higher tensile steel)과 같은 강재가 주로 사용되며, 선박에 따라 또는 선박의 부위에 따라 비철재료, 예를 들어, 알루미늄, 유리섬유강화플라스틱(FRP), 탄소강화플라스틱(CRP), 엔지니어링플라스틱(Engineering Plastic), 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 등과 같은 복합재료가 사용되기도 한다.
블록이 완성되면 선대나 도크 근처에서 기중기에 의해 탑재될 수 있는 크기의 큰 블록으로 다시 선행탑재(Preerection)된 후 탑재(Erection)된다. 탑재 후 수밀 용접이 완료되면 선대나 도크에서 진수된다. 이러한 강재의 입고에서부터 진수에 이르는 전체공정을 선각공사라 칭한다.
의장공사는 선체에 선박의 운항에 필요한 주기관을 비롯한 각종 기계장치, 전기장치들을 부착하고, 이 장치들을 하나의 시스템으로 연결하는 배관공사와 배선공사 등의 작업, 선원의 거주설비 공사, 선체의 표면과 내면에 녹이 슬지 않도록 도장하는 작업 등을 총괄하여 말한다.
이와 같이, 선박을 건조하기 위해서는 각종 블록 및 수많은 부품이 사용되고 있으며, 선박 건조의 생산성을 향상시키기 위해, 선각공사 또는 의장공사에서 공법을 개선하여 작업 공수를 줄이기 위한 노력이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 선박을 건조하기 위해서 사용되는 입체물품인 각종 블록 또는 부품들을 가공공장에서 마킹, 절단, 굽힘 등의 가공작업 없이 선택적 레이저 소결(Selective Laser Sintering; SLS)방식 또는 부분증착형 선택적 레이저 소결방식으로 간편하게 가공할 수 있게 하는 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박 건조 설비는, 입체물품을 제조하는 장소를 제공하면서 상기 입체물품을 외부로 옮길 수 있도록, 선박 건조 공장에 설치되는 이송부; 상기 입체물품을 제조할 분말을 상기 이송부에 공급하여 분말층을 형성하는 분말 공급부; 및 상기 분말층 전체 또는 일부를 소결시키는 레이저 프린터를 포함하되, 상기 분말 공급부와 상기 레이저 프린터는, 상기 입체물품 제조를 위한 설계도면의 정보에 따라 순차적으로 또는 동시에 작동하여 상기 입체물품이 완성될 때까지 분말 공급 공정 및 분말 소결 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 분말 공급 공정 및 상기 분말 소결 공정을 반복 수행하여 형성된 상기 입체물품 주변의 미소결 분말을 제거하여, 3차원적으로 상기 입체물품을 현상하는 미소결 분말 제거기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 미소결 분말 제거기는, 파쇄기, 브러쉬, 에어 노즐이 조합 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 미소결 분말 제거기에 의해 제거되는 미소결 분말을 회수하는 미소결 분말 회수부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 미소결 분말 회수부는, 상기 선박 건조 공장의 바닥에 구비되며, 미소결 분말 흡입장치와 미소결 분말 회수라인을 포함하는 미소결 분말 회수시스템; 및 상기 선박 건조 공장의 일측에 구비되며, 상기 미소결 분말 회수시스템에 의해 회수되는 미소결 분말을 저장하는 미소결 분말 저장탱크를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 이송부는, 상기 선박 건조 공장의 바닥에 설치되는 컨베이어 벨트; 상기 컨베이어 벨트 상에 구비되는 베이스 플레이트; 및 상기 입체물품을 상기 선박 건조 공장의 외부 적재 장소로 옮기는 트랜스포터를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 이송부는, 선박 건조 공장의 천장에 설치되는 크레인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 분말 공급부는, 상기 선박 건조 공장의 일측에 구비되며, 상기 분말을 저장하는 분말 저장탱크; 및 상기 분말 저장탱크에 저장된 상기 분말을 공급받아 상기 베이스 플레이트에 공급하는 분말 공급노즐을 포함하되, 상기 분말 공급노즐은, 상기 설계도면 정보에 따라 상기 입체물품의 특정 부분에 해당되는 상기 베이스 플레이트 위치에 분말을 분사하여 상기 분말층을 부분적으로 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 분말 공급노즐, 상기 레이저 프린터, 상기 미소결 분말 제거기 각각은, 상기 선박 건조 공장의 내부 천장에 복수 개가 구비되며, 로봇 아암에 의해 상기 설계도면 정보에 따라 3차원적으로 작동될 수 있다.
구체적으로, 상기 레이저 프린터는, 레이저 노즐을 중심으로 상기 분말 공급노즐이 도넛 모양으로 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 분말 공급부는, 상기 선박 건조 공장의 일측에 구비되며, 상기 분말을 저장하는 분말 저장탱크; 상기 베이스 플레이트 상에 설치되며, 상기 입체물품을 제조하는 공간을 마련하는 조형 챔버; 및 상기 조형 챔버의 내부에 설치되며, 상기 분말 저장탱크에 저장된 상기 분말을 공급받아 상기 조형 챔버에 공급하는 분말 공급롤러를 포함하되, 상기 분말 공급롤러는, 상기 설계도면 정보에 따라 상기 조형 챔버 내부에서 수평 또는 수직 방향으로 작동하며, 수평으로 이동하면서 상기 분말을 분사함과 동시에 분사되는 상기 분말을 평평하게 펼쳐 상기 조형 챔버 내부 전체 구역에 상기 분말층을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 레이저 프린터, 상기 미소결 분말 제거기 각각은, 상기 선박 건조 공장의 내부 천장에 복수 개가 구비되며, 로봇 아암에 의해 상기 설계도면 정보에 따라 3차원적으로 작동될 수 있다.
구체적으로, 상기 선박 건조 공장의 내부에 구비되며, 상기 선박 건조 공장 내부에 비활성 기체 또는 반응성이 낮은 기체를 공급하는 가스 공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 선박 건조 설비를 이용한 입체물품 제조방법은, 선박 건조 공장에 설치되는 컨베이어 벨트 상에 베이스 플레이트를 셋팅하는 제1 단계: 입체물품의 설계도면 정보가 저장된 제어부의 명령에 따라 분말 공급부에서 분말을 상기 베이스 플레이트에 공급하여 분말층을 형성하는 제2 단계; 상기 제어부의 명령에 따라 레이저 프린터에 의해 상기 분말층 전체 또는 일부를 소결시키는 제3 단계; 상기 제2 단계와 상기 제3 단계를 반복 수행하여 상기 입체물품을 완성하는 제4 단계; 및 상기 완성된 입체물품 주변의 미소결 분말을 미소결 분말 제거기를 이용하여 제거하여, 3차원적으로 상기 입체물품을 현상 제조하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 제5 단계 이후에, 상기 미소결 분말 제거기에 의해 제거되는 미소결 분말을 미소결 분말 회수부를 통해 회수하는 제6 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제6 단계 이후에, 상기 컨베이어 벨트를 작동시켜 상기 베이스 플레이트를 상기 선박 건조 공장 외부의 트랜스포터에 실어 상기 제조된 입체물품을 적재 장소로 옮기는 제7 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 단계의 상기 분말층은, 상기 선박 건조 공장의 내부 천장에 복수 개가 구비되며, 로봇 아암에 연결되어 상기 제어부의 명령에 따라 작동되는 상기 분말 공급부의 분말 공급노즐들 중에서 적어도 어느 하나 이상에 의해 부분적으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 단계의 상기 분말층은, 상기 베이스 플레이트 상에 설치되는 상기 분말 공급부의 조형 챔버 내부에 설치되는 분말 공급롤러에 의해 전체적으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제3 단계의 상기 레이저 프린터는, 상기 선박 건조 공장의 내부 천장에 복수 개가 구비되며, 상기 복수 개의 레이저 프린터 각각이 로봇 아암에 연결되어 상기 제어부의 명령에 따라 적어도 어느 하나 이상 작동하여 상기 분말층 전체 또는 일부를 소결시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 레이저 프린터는, 분말 공급노즐을 통해 공급되는 분말을 레이저로 소결하여 입체물품을 제조하는 레이저 프린터에 있어서, 상기 레이저 프린터는, 레이저 빔을 조사하는 레이저 노즐을 중심으로 분말을 공급하는 상기 분말 공급노즐이 도넛 형태로 구비되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 분말 공급노즐은, 분출구가 복수 개 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 복수 개의 분출구는, 상기 레이저 노즐의 중심축을 기준으로 대칭형으로 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 복수 개의 분출구 각각은, 분출되는 분말이 상기 레이저 노즐에서 조사되는 레이저 빔에 의해 용이하게 소결될 수 있도록, 레이저 빔이 조사되는 증착부위에 집중되는 각도로 상기 레이저 노즐의 중심축 쪽으로 기울어질 수 있다.
본 발명에 따른 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터는, 분말 공급부, 레이저 프린터를 구비함으로써, 선택적 레이저 소결방식 또는 부분증착형 선택적 레이저 소결방식으로 선박 건조에 필요한 입체물품인 각종 블록 또는 부품들을 마킹, 절단, 굽힘 등의 가공작업 없이 제조할 수 있어, 선박 건조 작업 공수를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터는, 미소결 분말 제거기, 미소결 분말 회수부를 구비함으로써, 소결되지 않은 미소결(unsintering) 분말을 용이하게 회수하여 재활용할 수 있어, 분말 구매 비용 및 건조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터는, 부분증착형 선택적 레이저 소결방식을 채용함으로써, 분말의 사용량을 최소화할 수 있어, 분말 구매 비용 및 건조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터는, 대형의 입체물품을 제조하고 이송할 수 있도록 베이스 플레이트가 탑재되는 이송부를 구비함으로써, 제조된 입체물품을 용이하게 외부로 이송 적재할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터는, 선박의 선수 및 선미 곡선 구조물에 대해 금속재료 또는 비철금속 재료의 분말을 사용하여 선택적 레이저 소결방식 또는 부분증착형 선택적 레이저 소결방식으로 제조할 수 있어, 타사와의 경쟁력 우위를 선점할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터는, 레이저 프린터의 레이저 노즐을 중심으로 도넛 형태로 분말 공급노즐을 구비함으로써, 레이저 빔이 조사되는 부위에 분말이 공급되어 분말 공급 공정과 분말 소결 공정이 동시에 이루어질 수 있어, 입체물품의 제조 공정시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박 건조 설비의 정면도이다.
도 2는 도 1의 선박 건조 공장 내부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박 건조 설비의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선박 건조 설비를 이용한 입체물품 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 도 1의 레이저 프린터의 레이저 노즐을 중심으로 분말 공급노즐을 구비한 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 선박 건조 공장 내부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박 건조 설비의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선박 건조 설비를 이용한 입체물품 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 도 1의 레이저 프린터의 레이저 노즐을 중심으로 분말 공급노즐을 구비한 상태를 도시한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박 건조 설비의 정면도이고, 도 2는 도 1의 선박 건조 공장 내부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박 건조 설비(100)는, 이송부(110), 분말 공급부(120), 레이저 프린터(130), 미소결 분말 제거기(140), 미소결 분말 회수부(150), 가스 공급부(160)를 포함하여 구성될 수 있으며, 분말을 이용한 부분증착형 선택적 레이저 소결(Selective Laser Sintering; SLS)방식으로 설계도면 정보에 따라 입체물품(20)을 제조할 수 있다.
여기서, 입체물품(20)은, 선박 건조에 필요한 다양한 크기의 각종 블록 또는 부품들일 수 있고, 선박용뿐만 아니라 다른 용도로 사용할 수 있는 물품일 수 있다. 입체물품(20)이, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부가 곡면 등 균형 유지가 어려운 형상일 경우, 설계도면에 지지 파이프(21)를 추가할 수 있고, 또한 크레인으로 이송을 용이하게 하기 위해 러그(22)를 추가할 수 있다. 지지 파이프(21) 또는 러그(22)는, 추후 제거될 수 있다.
이송부(110)는, 선박 건조 공장(10)에 설치되며, 입체물품(20)을 제조할 수 있는 장소를 마련하고, 제조된 입체물품(20)을 선박 건조 공장(10)의 외부로 옮길 수 있는 컨베이어 벨트(111) 또는 크레인(도시하지 않음)일 수 있으며, 컨베이어 벨트(111) 및 크레인 모두 일 수도 있다. 또한, 이송부(110)는 선박 건조 공장(10)의 외부에 대기된 트랜스포터(112)를 포함할 수 있고, 트랜스포터(112)는 제조된 입체물품(20)을 적재 장소로 옮기는 역할을 수행한다.
컨베이어 벨트(111)는, 선박 건조 공장(10)의 바닥에 설치될 수 있고, 크레인은 선박 건조 공장(10)의 천장에 설치될 수 있다.
컨베이어 벨트(111) 상에는 입체물품(20)을 제조할 수 있는 장소를 마련하는 베이스 플레이트(113)가 별도로 구비될 수 있으며, 이러한 베이스 플레이트(113)는 컨베이어 벨트(111)가 작동함에 의해 입체물품(20)과 함께 트랜스포터(112)에 옮겨질 수 있다.
분말 공급부(120)는, 후술할 레이저 프린터(130)의 작동에 의해 입체물품(20)을 제조할 수 있도록, 저장된 분말을 이송부(110)의 베이스 플레이트(113)로 공급할 수 있으며, 분말 저장탱크(121), 분말 공급라인(도시하지 않음), 분말 공급노즐(122)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 분말은, 금속재료, 비철재료 등일 수 있으며, 비철재료로는, 예를 들어, 알루미늄, 유리섬유강화플라스틱(FRP), 탄소강화플라스틱(CRP), 엔지니어링플라스틱(Engineering Plastic), 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 등과 같은 복합재료일 수 있다.
분말 저장탱크(121)는, 선박 건조 공장(10)의 내부 일측에 구비될 수 있으며, 분말을 저장한다.
분말 공급노즐(122)은, 대형의 입체물품(20)을 제조할 수 있도록, 선박 건조 공장(10)의 내부 천장에 복수 개가 구비될 수 있으며, 분말 공급라인을 통해 분말 저장탱크(121)에 저장된 분말을 공급받아 이송부(110)의 베이스 플레이트(113)에 공급할 수 있다.
이러한 복수 개의 분말 공급노즐(122)은, 일정한 구역을 책임질 수 있도록 일정 간격을 두고 배치, 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 8개의 분말 공급노즐(122)이 8개의 구역을 각각 담당하도록 배치될 수 있으며, 각각의 분말 공급노즐(122)은 설계도면 정보가 저장된 제어부(도시하지 않음)의 명령에 따라 별개로 작동될 수 있다. 또한, 복수 개의 분말 공급노즐(122)은, 복수 개의 로봇 아암(170)에 각각 연결될 수 있으며, 이러한 복수 개의 로봇 아암(170) 각각은, 설계도면 정보가 저장된 제어부의 명령에 따라 별개로 3차원적으로 작동될 수 있다. 이에 따라, 입체물품(20)의 특정 부분을 제조할 수 있도록, 복수 개의 로봇 아암(170)에 각각 연결된 복수 개의 분말 공급노즐(122) 중에서 적어도 어느 하나 이상이 제어부의 명령에 따라 이송부(110)의 베이스 플레이트(113) 쪽으로 이동 위치되어 특정 부분에 분말을 분사하여 분말층(도시하지 않음)을 형성하게 된다.
분말 공급노즐(122)은, 도면에 도시된 바와 같이, 후술할 레이저 프린터(130) 및 후술할 미소결 분말 제거기(140)와 함께 하나의 로봇 아암(170)에 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, 분말 공급노즐(122)은, 하나의 로봇 아암(170)에 개별적으로 연결되도록 구성되거나, 하나의 로봇 아암(170)에 후술할 레이저 프린터(130) 및 후술할 미소결 분말 제거기(140) 중에서 어느 하나와 연결되도록 구성될 수 있다.
또한, 분말 공급노즐(122)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 레이저 프린터(130)의 레이저 노즐(131)을 중심으로 도넛 형태로 구비될 수 있다. 설명의 중복을 피하기 위해, 상세한 설명은 후술하기로 한다.
레이저 프린터(130)는, 대형의 입체물품(20)을 제조할 수 있도록, 선박 건조 공장(10)의 내부 천장에 복수 개가 구비될 수 있으며, 분말 공급부(120)의 분말 공급노즐(122)에 의해 형성된 분말층에 레이저 노즐(131)을 통해 레이저 빔을 조사하여 분말층 전체 또는 일부를 소결시킬 수 있다.
이러한 복수 개의 레이저 프린터(130)는, 분말 공급노즐(122)과 마찬가지로 일정한 구역을 책임질 수 있도록 일정 간격을 두고 배치, 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 8개의 레이저 프린터(130)가 8개의 구역을 각각 담당하도록 배치될 수 있으며, 각각의 레이저 프린터(130)는 설계도면 정보가 저장된 제어부(도시하지 않음)의 명령에 따라 별개로 작동될 수 있다. 또한, 복수 개의 레이저 프린터(130) 각각은, 복수 개의 로봇 아암(170)에 각각 연결될 수 있으며, 이러한 복수 개의 로봇 아암(170) 각각은, 설계도면 정보가 저장된 제어부의 명령에 따라 별개로 3차원적으로 작동될 수 있다. 이에 따라, 입체물품(20)의 특정 부분을 제조할 수 있도록, 복수 개의 로봇 아암(170)에 각각 연결된 복수 개의 레이저 프린터(130) 중에서 적어도 어느 하나 이상이 제어부의 명령에 따라 이송부(110)의 베이스 플레이트(113) 상에 형성된 분말층 쪽으로 이동 위치되어 특정 부분 전체 또는 일부에 레이저 빔을 조사한다. 레이저 빔에 조사된 분말은 소결되어 추후 입체물품(20)의 일부를 이루게 되고, 레이저 빔에 조사되지 않은 미소결 분말은 후술할 미소결 분말 제거기(140)에 의해 제거되어 진다.
레이저 프린터(130)는, 도면에 도시된 바와 같이, 분말 공급노즐(122) 및 후술할 미소결 분말 제거기(140)와 함께 하나의 로봇 아암(170)에 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, 레이저 프린터(130)는, 하나의 로봇 아암(170)에 개별적으로 연결되도록 구성되거나, 하나의 로봇 아암(170)에 분말 공급노즐(122) 및 후술할 미소결 분말 제거기(140) 중에서 어느 하나와 연결되도록 구성될 수 있다.
또한, 레이저 프린터(130)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 레이저 빔을 조사하는 레이저 노즐(131)을 중심으로 분말을 공급하는 분말 공급노즐(122)이 도넛 형태로 구비되도록 구성될 수 있다. 이때, 도넛 형태의 분말 공급노즐(122)은, 분출구(122a)가 복수 개 예를 들어, 8개가 형성될 수 있다. 이러한 복수 개의 분출구(122a)는, 레이저 노즐(131)의 중심축을 기준으로 대칭형으로 배치될 수 있다. 또한, 복수 개의 분출구(122a) 각각은, 분출되는 분말이 레이저 노즐(131)에서 조사되는 레이저 빔에 의해 용이하게 소결될 수 있도록, 레이저 빔이 조사되는 부위인 증착부위(30)에 집중되는 각도로 중심축 쪽으로 기울어져 있다.
분말 공급노즐(122)의 분출구(122a)가 8개일 경우, 분말 분출 시 있을 수 있는 레이저 프린터(130)의 쏠림 현상을 억제하기 위해서, 어느 하나의 분출구(122a)에서 분말 분출 시 레이저 노즐(131)의 중심축을 기준으로 반대 방향에 배치된 다른 하나의 분출구(122a)에서도 동시에 분말이 분출되도록 하며, 분말의 밀도 조절을 위해서 이러한 쌍을 가진 분출구(122a)를 몇 쌍 가동할 지에 대해서는 사용자가 제어할 수 있다. 레이저 빔의 강도 또한 사용자가 제어할 수 있음은 물론이다.
이와 같이 구성된 레이저 프린터(130)는, 레이저 노즐(131)을 통해 레이저 빔이 조사되는 증착부위(30)에 분말 공급노즐(122)을 통해 분말이 공급되어 분말 공급 공정과 분말 소결 공정이 동시에 이루어질 수 있어, 입체물품(20)의 제조 공정시간을 단축시킬 수 있다.
레이저 프린터(130)는, 분말로 된 입자를 레이저의 강한 에너지로 전체를 녹이거나 또는 부분적으로 녹여 붙여 이것을 소결하는 선택적 레이저 소결방식 또는 부분증착형 선택적 레이저 소결방식 프린터라 정의되며, 본 발명의 실시예의 경우 일반적으로 사용되고 있는 레이저 프린터의 구성을 포함할 수 있으므로, 본 발명에 적용되는 레이저 프린터(130)에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
상기에서, 분말 공급부(120)와 레이저 프린터(130)는, 설계도면의 정보에 따라 순차적으로 작동하여 입체물품(20)이 완성될 때까지 분말 공급 및 분말 소결을 하게 된다. 레이저 프린터(130)의 레이저 노즐(131)을 중심으로 도넛 모양의 분말 공급노즐(122)이 구비될 경우, 분말 공급부(120)와 레이저 프린터(130)는 설계도면의 정보에 따라 동시에 작동할 수 있다.
구체적으로, 분말 공급부(120)에서는 설계도면의 정보에 따라 적어도 어느 하나 이상의 분말 공급노즐(122)이 이송부(110)의 베이스 플레이트(113) 일부분 또는 전체에 분말을 공급하여 제1 분말층(도시하지 않음)을 형성하고, 레이저 프린터(130)는 적어도 어느 하나 이상의 구역에 형성된 제1 분말층에 설계도면의 정보에 따라 레이저 빔을 조사하여 일부분을 소결하거나 전체를 소결함으로써, 1차 공정이 완료된다.
1차 공정이 완료된 후, 분말 공급부(120)에서는 설계도면의 정보에 따라 적어도 어느 하나 이상의 분말 공급노즐(122)이 제2 분말층(도시하지 않음)을 형성하고, 레이저 프린터(130)는 적어도 어느 하나 이상의 구역에 형성된 제2 분말층에 설계도면의 정보에 따라 레이저 빔을 조사하여 일부분을 소결하거나 전체를 소결함으로써, 2차 공정이 완료된다. 이러한 공정들이 입체물품(20)이 완성될 때까지 n차 공정까지 반복 수행하게 된다.
1차 공정으로부터 n차 공정까지 레이저 빔을 조사하게 되는데, 레이저 빔이 조사된 분말층의 일부분은 소결되어 입체물품(20)을 이루게 되고, 레이저 빔이 조사되지 않은 분말층의 나머지 부분은 미소결되어 추후 제거되어야 한다.
상기에서, 제1 분말층으로부터 제n 분말층까지 형성하는 공정이 순차적으로 진행되지만, 제2 분말층이 반드시 제1 분말층 상에 형성되는 것이 아니며, 예를 들어, 제5 분말층이 제1 분말층 상에 형성될 수 있다. 이러한 공정은, 부분증착형 선택적 레이저 소결방식이라 정의될 수 있다.
이를 통해 본 실시예에서, 부분증착형 선택적 레이저 소결방식이 채용됨으로써, 분말층을 형성할 때마다 이송부(110)의 베이스 플레이트(113) 전체에 분말층을 형성하지 않고 원하는 일부분에만 분말층을 형성할 수 있어, 분말의 사용량을 최소화할 수 있다.
미소결 분말 제거기(140)는, 분말 공급부(120)의 분말 공급노즐(122)을 통해 분말을 공급하는 공정과, 레이저 프린터(130)에서 레이저 빔을 조사하는 공정을 반복 수행하여 형성된 입체물품(20) 주변의 미소결 분말을 제거하여, 입체물품(20)을 3차원적으로 현상할 수 있으며, 선박 건조 공장(10)의 내부 천장에 구비될 수 있다.
미소결 분말 제거기(140)는, 파쇄기, 브러쉬, 에어 노즐이 조합 구성될 수 있으며, 파쇄기는 미소결 분말을 부스러뜨리는 역할을 하고, 브러쉬는 입체물품(20)에 붙어있는 미소결 분말을 떨어뜨리거나 파쇄기에 의해 부서진 미소결 분말을 쓸어 내는 역할을 하고, 에어 노즐은 최종적으로 미소결 분말을 입체물품(20)으로부터 제거하는 역할을 할 수 있다.
이러한 미소결 분말 제거기(140)는, 분말 공급노즐(122) 또는 레이저 프린터(130)와 마찬가지로 일정한 구역을 책임질 수 있도록 일정 간격을 두고 배치, 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 8개의 미소결 분말 제거기(140)가 8개의 구역을 각각 담당하도록 배치될 수 있으며, 각각의 미소결 분말 제거기(140)는 설계도면 정보가 저장된 제어부(도시하지 않음)의 명령에 따라 별개로 작동될 수 있다. 또한, 복수 개의 미소결 분말 제거기(140) 각각은, 복수 개의 로봇 아암(170)에 각각 연결될 수 있으며, 이러한 복수 개의 로봇 아암(170) 각각은, 설계도면 정보가 저장된 제어부의 명령에 따라 별개로 3차원적으로 작동될 수 있다. 이에 따라, 입체물품(20)의 특정 부분을 현상할 수 있도록, 복수 개의 로봇 아암(170)에 각각 연결된 복수 개의 미소결 분말 제거기(140) 중에서 적어도 어느 하나 이상이 제어부의 명령에 따라 작동하여, 적층된 분말층에서 미소결 분말을 선택적으로 제거하게 된다.
미소결 분말 제거기(140)는, 도면에 도시된 바와 같이, 분말 공급노즐(122) 및 레이저 프린터(130)와 함께 하나의 로봇 아암(170)에 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, 미소결 분말 제거기(140)는, 하나의 로봇 아암(170)에 개별적으로 연결되도록 구성되거나, 하나의 로봇 아암(170)에 분말 공급노즐(122) 및 레이저 프린터(130) 중에서 어느 하나와 연결되도록 구성될 수 있다.
미소결 분말 회수부(150)는, 선박 건조 공장(10)의 바닥에 구비되어 미소결 분말 제거기(140)에 의해 입체물품(20)으로부터 제거되는 미소결 분말을 회수할 수 있으며, 미소결 분말 회수시스템(151), 미소결 분말 회수탱크(152)를 포함하여 구성될 수 있다.
미소결 분말 회수시스템(151)은, 미소결 분말 흡입장치(도시하지 않음), 미소결 분말 회수라인(도시하지 않음)을 포함할 수 있으며, 선박 건조 공장(10)의 바닥, 바람직하게는 이송부(110)의 베이스 플레이트(113) 주변의 바닥 부분에 설치될 수 있다.
미소결 분말 저장탱크(121)는, 선박 건조 공장(10)의 내부 일측에 구비될 수 있으며, 미소결 분말 회수시스템(151)에 의해 회수되는 미소결 분말을 저장한다. 저장된 미소결 분말은 정제 과정을 통해 재활용할 수 있다.
가스 공급부(160)는, 선박 건조 공장(10)의 내부에 구비될 수 있으며, 선박 건조 공장(10) 내부에 비활성 기체 또는 반응성이 낮은 기체를 공급함으로써, 레이저 프린터(130)에 의한 분말 소결 공정시 일어날 수 있는 산화를 방지할 수 있게 한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박 건조 설비의 정면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박 건조 설비(200)는, 이송부(110), 분말 공급부(220), 레이저 프린터(130), 미소결 분말 제거기(140), 미소결 분말 회수부(150)를 포함하여 구성될 수 있으며, 분말을 이용한 선택적 레이저 소결(Selective Laser Sintering; SLS)방식으로 설계도면 정보에 따라 입체물품(20)을 제조할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에서, 분말 공급부(220)를 제외한 나머지 구성 요소들(110, 130, 140, 150)은 전술할 본 발명의 제1 실시예의 선박 건조 설비(100)에서의 각 구성과 동일하여 동일한 도면부호를 사용하였고, 이에 따라 여기서는 설명의 중복을 피하기 위하여 동일 구성 요소 각각에 대한 상세한 설명을 생략하기로 하고, 본 발명의 제1 실시예와 다른 구성 요소인 분말 공급부(220)와 이로 인하여 달라지는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
분말 공급부(220)는, 레이저 프린터(130)의 작동에 의해 입체물품(20)을 제조할 수 있도록, 저장된 분말을 이송부(110)의 베이스 플레이트(113)로 공급할 수 있으며, 분말 저장탱크(221), 분말 공급라인(도시하지 않음), 조형 챔버(build chamber; 222), 분말 공급롤러(223)를 포함하여 구성될 수 있다.
분말 저장탱크(221)는, 선박 건조 공장(10)의 내부 일측에 구비될 수 있으며, 분말을 저장한다.
조형 챔버(222)는, 이송부(110)의 베이스 플레이트(113) 상에 설치될 수 있으며, 다양한 크기의 입체물품(20)을 제조하는 공간을 마련한다. 조형 챔버(222)는 조립 및 분해 가능하도록 구성될 수 있다.
분말 공급롤러(223)는, 조형 챔버(222) 내부에 설치될 수 있으며, 설계도면 정보가 저장된 제어부(도시하지 않음)의 명령에 따라 수평 또는 수직 방향으로 작동하며, 분말 공급라인을 통해 분말 저장탱크(121)에 저장된 분말을 공급받아 조형 챔버(222)에 공급할 수 있다.
분말 공급롤러(223)는, 조형 챔버(222) 내부에서 수평으로 이동하면서 분말을 분사함과 동시에 분사되는 분말을 평평하게 펼쳐 분말층(도시하지 않음)을 형성하고, 형성된 분말층 상부에 다른 분말층을 형성할 수 있도록 수직으로 이동할 수 있다.
분말 공급롤러(223)는, 제1 실시예의 분말 공급노즐(122)과 유사한 역할을 수행하지만, 분말 공급노즐(122)이 로봇 아암(170)에 의해 작동하여 원하는 구역에 분말층을 형성하는 반면, 로봇 아암(170)에 의존하지 않고 개별적으로 작동하여 조형 챔버(222) 내부 전체 구역에 분말층을 형성하는 것이 다르다.
분말 공급롤러(223)에 의해 형성된 분말층은, 레이저 프린터(130)에서 레이저 빔을 조사함에 의해 분말층 전체 또는 일부를 소결시킬 수 있다. 레이저 프린터(130)는, 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 일정한 구역을 책임질 수 있도록 일정 간격을 두고 복수 개가 배치될 수 있으며, 각각의 레이저 프린터(130)는 설계도면 정보가 저장된 제어부(도시하지 않음)의 명령에 따라 별개로 작동될 수 있다.
상기에서, 분말 공급부(220)와 레이저 프린터(130)는, 설계도면의 정보에 따라 순차적으로 작동하여 입체물품(20)이 완성될 때까지 분말 공급 및 분말 소결을 하게 된다.
구체적으로, 분말 공급부(220)에서는 설계도면의 정보에 따라 분말 공급롤러(223)를 조형 챔버(222)의 일측에서 타측으로 이동시키면서 조형 챔버(222) 하부 전체에 분말을 공급하여, 제1 분말층(도시하지 않음)을 형성하고, 레이저 프린터(130)는 형성된 제1 분말층에 설계도면의 정보에 따라 레이저 빔을 조사하여 일부분을 소결하거나 전체를 소결함으로써, 1차 공정이 완료된다.
1차 공정이 완료된 후, 분말 공급부(220)에서는 설계도면의 정보에 따라 분말 공급롤러(223)를 수직으로 일정 높이 이동시킨 후, 수평으로 이동시키면서 제1 분말층 상에 제2 분말층(도시하지 않음)을 형성하고, 레이저 프린터(130)는 제2 분말층에 설계도면의 정보에 따라 레이저 빔을 조사하여 일부분을 소결하거나 전체를 소결함으로써, 2차 공정이 완료된다. 이러한 공정들이 입체물품(20)이 완성될 때까지 n차 공정까지 반복 수행하게 된다.
1차 공정으로부터 n차 공정까지 레이저 빔을 조사하게 되는데, 레이저 빔이 조사된 분말층의 일부분은 소결되어 입체물품(20)을 이루게 되고, 레이저 빔이 조사되지 않은 분말층의 나머지 부분은 미소결되어 추후 제거되어야 한다.
상기에서, 제1 분말층으로부터 제n 분말층까지 형성하는 공정이 순차적으로 진행되어, 제1 내지 제n 분말층들이 순차적으로 형성되며, 이러한 공정은 선택적 레이저 소결방식이라 정의될 수 있다.
분말 공급부(220)의 분말 공급롤러(223)를 통해 분말을 공급하는 공정과, 레이저 프린터(130)에서 레이저 빔을 조사하는 공정을 반복 수행하여 형성된 입체물품(20) 주변의 미소결 분말을 미소결 분말 제거기(140)를 사용하여 제거하고, 미소결 분말 회수부(150)를 통해 미소결 분말을 회수함으로써, 입체물품(20)의 제조가 완료된다.
제2 실시예에서는, 레이저 프린터(130)와 미소결 분말 제거기(140)가, 제1 실시예와 마찬가지로 선박 건조 공장(10)의 내부 천장에 복수 개로 각각 구비될 수 있다. 레이저 프린터(130)와 미소결 분말 제거기(140) 각각은, 도면에 도시된 바와 같이, 하나의 로봇 아암(170)에 연결되도록 구성되거나, 하나의 로봇 아암(170)에 개별적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선박 건조 설비를 이용한 입체물품 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
선박 건조 설비(100, 200)를 이용한 입체물품 제조방법은, 선박 건조 공장(10)에 설치되는 컨베이어 벨트(111) 상에 베이스 플레이트(113)를 셋팅하는 단계(S310): 입체물품(20)의 설계도면 정보가 저장된 제어부의 명령에 따라 분말 공급부(120)에서 분말을 베이스 플레이트(113)에 공급하여 분말층을 형성하는 단계(S320); 제어부의 명령에 따라 레이저 프린터(130)에 의해 분말층 전체 또는 일부를 소결시키는 단계(S330); S320 단계와 S330 단계를 반복 수행하여 입체물품(20)을 완성하는 단계(S340); 완성된 입체물품(20) 주변의 미소결 분말을 미소결 분말 제거기(140)를 이용하여 제거하여, 3차원적으로 입체물품(20)을 현상 제조하는 단계(S350); 미소결 분말 제거기(140)에 의해 제거되는 미소결 분말을 미소결 분말 회수부(150)를 통해 회수하는 단계(S360); 컨베이어 벨트(111)를 작동시켜 베이스 플레이트(113)를 선박 건조 공장(10) 외부의 트랜스포터(112)에 실어 제조된 입체물품(20)을 적재 장소로 옮기는 단계(S370)를 포함한다.
단계 S310에서는, 선박 건조 공장(10)에 설치되는 컨베이어 벨트(111) 상에 베이스 플레이트(113)를 셋팅한다.
선박 건조에 필요한 다양한 크기의 각종 블록 또는 부품들, 선박용뿐만 아니라 다른 용도로 사용할 수 있는 입체물품(20)을 제조하기 위하여, 일정 크기의 베이스 플레이트(113)를 마련하여 컨베이어 벨트(111)에 셋팅할 수 있다.
단계 S320에서는, 입체물품(20)의 설계도면 정보가 저장된 제어부의 명령에 따라 분말 공급부(120, 220))에서 분말을 베이스 플레이트(113)에 공급하여 분말층을 형성한다.
상기에서, 분말 공급부(120)는, 전술할 바와 같이, 분말 저장탱크(121), 분말 공급라인(도시하지 않음), 선박 건조 공장(10)의 내부 천장에 복수 개가 구비되며, 로봇 아암에 연결되어 상기 제어부의 명령에 따라 작동되는 분말 공급노즐(122)을 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 구성일 경우, 분말층은 복수 개의 분말 공급노즐(122) 중에서 적어도 어느 하나 이상에 의해 부분적으로 형성될 수 있다.
또한, 분말 공급부(220)는, 전술할 바와 같이, 분말 저장탱크(221), 분말 공급라인(도시하지 않음), 베이스 플레이트(113) 상에 설치되는 조형 챔버(222), 조형 챔버(222) 내부에 설치되는 분말 공급롤러(223)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 구성일 경우, 분말층은 분말 공급롤러(223)에 의해 전체적으로 형성될 수 있다.
단계 S330에서는, 제어부의 명령에 따라 레이저 프린터(130)에 의해 분말층 전체 또는 일부를 소결시킨다.
레이저 프린터(130)는, 선박 건조 공장(10)의 내부 천장에 복수 개가 구비되며, 복수 개의 레이저 프린터(130) 각각이 로봇 아암(170)에 연결되어 제어부의 명령에 따라 적어도 어느 하나 이상 작동하여 분말층 전체 또는 일부를 소결시킬 수 있다.
단계 S340에서는, 상기한 단계 S320과 단계 S330을 반복 수행하여 입체물품(20)을 완성한다.
단계 S350에서는, 완성된 입체물품(20) 주변의 미소결 분말을 미소결 분말 제거기(140)를 이용하여 제거하여, 3차원적으로 입체물품(20)을 현상 제조한다.
미소결 분말 제거기(140)는, 선박 건조 공장(10)의 내부 천장에 복수 개가 구비되며, 복수 개의 미소결 분말 제거기(140) 각각이 로봇 아암(170)에 연결되어 제어부의 명령에 따라 적어도 어느 하나 이상 작동하여 적층된 분말층에서 미소결 분말을 선택적으로 제거할 수 있다.
단계 S360에서는, 미소결 분말 제거기(140)에 의해 제거되는 미소결 분말을 미소결 분말 회수부(150)를 통해 회수한다.
미소결 분말 회수부(150)는, 선박 건조 공장(10)의 바닥에 구비되어 미소결 분말 제거기(140)에 의해 입체물품(20)으로부터 제거되는 미소결 분말을 회수하여 정제 과정을 통해 재활용할 수 있게 한다.
단계 S370에서는, 컨베이어 벨트(111)를 작동시켜 베이스 플레이트(113)를 선박 건조 공장(10) 외부의 트랜스포터(112)에 실어 제조된 입체물품(20)을 적재 장소로 옮긴다.
이와 같이 본 실시예는, 분말 공급부(120, 220), 레이저 프린터(130)를 구비함으로써, 선택적 레이저 소결방식 또는 부분증착형 선택적 레이저 소결방식으로 선박 건조에 필요한 입체물품(20)인 각종 블록 또는 부품들을 마킹, 절단, 굽힘 등의 가공작업 없이 제조할 수 있어, 선박 건조 작업 공수를 절감할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 미소결 분말 제거기(140), 미소결 분말 회수부(150)를 구비함으로써, 소결되지 않은 미소결(unsintering) 분말을 용이하게 회수하여 재활용할 수 있어, 분말 구매 비용 및 건조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 부분증착형 선택적 레이저 소결방식을 채용함으로써, 분말의 사용량을 최소화할 수 있어, 분말 구매 비용 및 건조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 대형의 입체물품(20)을 제조하고 이송할 수 있도록 베이스 플레이트(113)가 탑재되는 이송부(110)를 구비함으로써, 제조된 입체물품(20)을 용이하게 외부로 이송 적재할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 선박의 선수 및 선미 곡선 구조물에 대해 금속재료 또는 비철금속 재료의 분말을 사용하여 선택적 레이저 소결방식 또는 부분증착형 선택적 레이저 소결방식으로 제조할 수 있어, 타사와의 경쟁력 우위를 선점할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 레이저 프린터(130)의 레이저 노즐(131)을 중심으로 도넛 형태로 분말 공급노즐(122)을 구비함으로써, 레이저 빔이 조사되는 부위에 분말이 공급되어 분말 공급 공정과 분말 소결 공정이 동시에 이루어질 수 있어, 입체물품(20)의 제조 공정시간을 단축시킬 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 선박 건조 공장
20: 입체물품
21: 지지 파이프 22: 러그
30: 증착부위 100, 200: 선박 건조 설비
110: 이송부 111: 컨베이어 벨트
112: 트랜스포터 113: 베이스 플레이트
120: 분말 공급부 121: 분말 저장탱크
122: 분말 공급노즐 122a: 분출구
130: 레이저 프린터 131: 레이저 노즐
140: 미소결 분말 제거기 150: 미소결 분말 회수부
151: 미소결 분말 회수시스템 152: 미소결 분말 회수탱크
160: 가스 공급부 170: 로봇 아암
220: 분말 공급부 221: 분말 저장탱크
222: 조형 챔버 223: 분말 공급롤러
21: 지지 파이프 22: 러그
30: 증착부위 100, 200: 선박 건조 설비
110: 이송부 111: 컨베이어 벨트
112: 트랜스포터 113: 베이스 플레이트
120: 분말 공급부 121: 분말 저장탱크
122: 분말 공급노즐 122a: 분출구
130: 레이저 프린터 131: 레이저 노즐
140: 미소결 분말 제거기 150: 미소결 분말 회수부
151: 미소결 분말 회수시스템 152: 미소결 분말 회수탱크
160: 가스 공급부 170: 로봇 아암
220: 분말 공급부 221: 분말 저장탱크
222: 조형 챔버 223: 분말 공급롤러
Claims (23)
- 입체물품을 제조하는 장소를 제공하면서 상기 입체물품을 외부로 옮길 수 있도록, 선박 건조 공장에 설치되는 이송부;
상기 입체물품을 제조할 분말을 상기 이송부에 공급하여 분말층을 형성하는 분말 공급부; 및
상기 분말층 전체 또는 일부를 소결시키는 레이저 프린터를 포함하되,
상기 분말 공급부와 상기 레이저 프린터는,
상기 입체물품 제조를 위한 설계도면의 정보에 따라 순차적으로 또는 동시에 작동하여 상기 입체물품이 완성될 때까지 분말 공급 공정 및 분말 소결 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비. - 제 1 항에 있어서,
상기 분말 공급 공정 및 상기 분말 소결 공정을 반복 수행하여 형성된 상기 입체물품 주변의 미소결 분말을 제거하여, 3차원적으로 상기 입체물품을 현상하는 미소결 분말 제거기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비. - 제 2 항에 있어서, 상기 미소결 분말 제거기는,
파쇄기, 브러쉬, 에어 노즐이 조합 구성되는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비. - 제 2 항에 있어서,
상기 미소결 분말 제거기에 의해 제거되는 미소결 분말을 회수하는 미소결 분말 회수부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비. - 제 4 항에 있어서, 상기 미소결 분말 회수부는,
상기 선박 건조 공장의 바닥에 구비되며, 미소결 분말 흡입장치와 미소결 분말 회수라인을 포함하는 미소결 분말 회수시스템; 및
상기 선박 건조 공장의 일측에 구비되며, 상기 미소결 분말 회수시스템에 의해 회수되는 미소결 분말을 저장하는 미소결 분말 저장탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비. - 제 2 항에 있어서, 상기 이송부는,
상기 선박 건조 공장의 바닥에 설치되는 컨베이어 벨트;
상기 컨베이어 벨트 상에 구비되는 베이스 플레이트; 및
상기 입체물품을 상기 선박 건조 공장의 외부 적재 장소로 옮기는 트랜스포터를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비. - 제 6 항에 있어서, 상기 이송부는,
선박 건조 공장의 천장에 설치되는 크레인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비. - 제 6 항에 있어서, 상기 분말 공급부는,
상기 선박 건조 공장의 일측에 구비되며, 상기 분말을 저장하는 분말 저장탱크; 및
상기 분말 저장탱크에 저장된 상기 분말을 공급받아 상기 베이스 플레이트에 공급하는 분말 공급노즐을 포함하되,
상기 분말 공급노즐은, 상기 설계도면 정보에 따라 상기 입체물품의 특정 부분에 해당되는 상기 베이스 플레이트 위치에 분말을 분사하여 상기 분말층을 부분적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비. - 제 8 항에 있어서, 상기 분말 공급노즐, 상기 레이저 프린터, 상기 미소결 분말 제거기 각각은,
상기 선박 건조 공장의 내부 천장에 복수 개가 구비되며, 로봇 아암에 의해 상기 설계도면 정보에 따라 3차원적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비. - 제 9 항에 있어서, 상기 레이저 프린터는,
레이저 노즐을 중심으로 상기 분말 공급노즐이 도넛 모양으로 구비되는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비. - 제 6 항에 있어서, 상기 분말 공급부는,
상기 선박 건조 공장의 일측에 구비되며, 상기 분말을 저장하는 분말 저장탱크;
상기 베이스 플레이트 상에 설치되며, 상기 입체물품을 제조하는 공간을 마련하는 조형 챔버; 및
상기 조형 챔버의 내부에 설치되며, 상기 분말 저장탱크에 저장된 상기 분말을 공급받아 상기 조형 챔버에 공급하는 분말 공급롤러를 포함하되,
상기 분말 공급롤러는, 상기 설계도면 정보에 따라 상기 조형 챔버 내부에서 수평 또는 수직 방향으로 작동하며, 수평으로 이동하면서 상기 분말을 분사함과 동시에 분사되는 상기 분말을 평평하게 펼쳐 상기 조형 챔버 내부 전체 구역에 상기 분말층을 형성하는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비. - 제 11 항에 있어서, 상기 레이저 프린터, 상기 미소결 분말 제거기 각각은,
상기 선박 건조 공장의 내부 천장에 복수 개가 구비되며, 로봇 아암에 의해 상기 설계도면 정보에 따라 3차원적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비. - 제 1 항에 있어서,
상기 선박 건조 공장의 내부에 구비되며, 상기 선박 건조 공장 내부에 비활성 기체 또는 반응성이 낮은 기체를 공급하는 가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비. - 선박 건조 공장에 설치되는 컨베이어 벨트 상에 베이스 플레이트를 셋팅하는 제1 단계:
입체물품의 설계도면 정보가 저장된 제어부의 명령에 따라 분말 공급부에서 분말을 상기 베이스 플레이트에 공급하여 분말층을 형성하는 제2 단계;
상기 제어부의 명령에 따라 레이저 프린터에 의해 상기 분말층 전체 또는 일부를 소결시키는 제3 단계;
상기 제2 단계와 상기 제3 단계를 반복 수행하여 상기 입체물품을 완성하는 제4 단계; 및
상기 완성된 입체물품 주변의 미소결 분말을 미소결 분말 제거기를 이용하여 제거하여, 3차원적으로 상기 입체물품을 현상 제조하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비를 이용한 입체물품 제조방법. - 제 14 항에 있어서, 상기 제5 단계 이후에,
상기 미소결 분말 제거기에 의해 제거되는 미소결 분말을 미소결 분말 회수부를 통해 회수하는 제6 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비를 이용한 입체물품 제조방법. - 제 15 항에 있어서, 상기 제6 단계 이후에,
상기 컨베이어 벨트를 작동시켜 상기 베이스 플레이트를 상기 선박 건조 공장 외부의 트랜스포터에 실어 상기 제조된 입체물품을 적재 장소로 옮기는 제7 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비를 이용한 입체물품 제조방법. - 제 14 항에 있어서, 상기 제2 단계의 상기 분말층은,
상기 선박 건조 공장의 내부 천장에 복수 개가 구비되며, 로봇 아암에 연결되어 상기 제어부의 명령에 따라 작동되는 상기 분말 공급부의 분말 공급노즐들 중에서 적어도 어느 하나 이상에 의해 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비를 이용한 입체물품 제조방법. - 제 14 항에 있어서, 상기 제2 단계의 상기 분말층은,
상기 베이스 플레이트 상에 설치되는 상기 분말 공급부의 조형 챔버 내부에 설치되는 분말 공급롤러에 의해 전체적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비를 이용한 입체물품 제조방법. - 제 14 항에 있어서, 상기 제3 단계의 상기 레이저 프린터는,
상기 선박 건조 공장의 내부 천장에 복수 개가 구비되며, 상기 복수 개의 레이저 프린터 각각이 로봇 아암에 연결되어 상기 제어부의 명령에 따라 적어도 어느 하나 이상 작동하여 상기 분말층 전체 또는 일부를 소결시키는 것을 특징으로 하는 선박 건조 설비를 이용한 입체물품 제조방법. - 분말 공급노즐을 통해 공급되는 분말을 레이저로 소결하여 입체물품을 제조하는 레이저 프린터에 있어서,
상기 레이저 프린터는, 레이저 빔을 조사하는 레이저 노즐을 중심으로 분말을 공급하는 상기 분말 공급노즐이 도넛 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터. - 제 20 항에 있어서, 상기 분말 공급노즐은,
분출구가 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터. - 제 21 항에 있어서, 상기 복수 개의 분출구는,
상기 레이저 노즐의 중심축을 기준으로 대칭형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터. - 제 21 항에 있어서, 상기 복수 개의 분출구 각각은,
분출되는 분말이 상기 레이저 노즐에서 조사되는 레이저 빔에 의해 용이하게 소결될 수 있도록, 레이저 빔이 조사되는 증착부위에 집중되는 각도로 상기 레이저 노즐의 중심축 쪽으로 기울어지는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140051020A KR20150124553A (ko) | 2014-04-28 | 2014-04-28 | 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140051020A KR20150124553A (ko) | 2014-04-28 | 2014-04-28 | 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150124553A true KR20150124553A (ko) | 2015-11-06 |
Family
ID=54600867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140051020A KR20150124553A (ko) | 2014-04-28 | 2014-04-28 | 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20150124553A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017215268A1 (de) * | 2017-08-31 | 2019-02-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Laserauftragsschweißen |
| JP2020524213A (ja) * | 2017-06-06 | 2020-08-13 | オーロラ ラブス リミテッド | ３ｄ印刷方法および３ｄ印刷装置 |
| CN115041703A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-09-13 | 江苏大学 | 一种回收选区激光熔化梯度粉末装置及回收方法 |
-
2014
- 2014-04-28 KR KR1020140051020A patent/KR20150124553A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020524213A (ja) * | 2017-06-06 | 2020-08-13 | オーロラ ラブス リミテッド | ３ｄ印刷方法および３ｄ印刷装置 |
| DE102017215268A1 (de) * | 2017-08-31 | 2019-02-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Laserauftragsschweißen |
| CN115041703A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-09-13 | 江苏大学 | 一种回收选区激光熔化梯度粉末装置及回收方法 |
| CN115041703B (zh) * | 2022-07-13 | 2024-06-07 | 江苏大学 | 一种回收选区激光熔化梯度粉末装置及回收方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Prashar et al. | A comprehensive review on sustainable cold spray additive manufacturing: State of the art, challenges and future challenges | |
| EP3031552B1 (en) | Apparatuses and methods for additive manufacturing of large-scale assemblies | |
| Flynn et al. | Hybrid additive and subtractive machine tools–Research and industrial developments | |
| WO2016023255A1 (zh) | 一种同步送粉空间激光加工与三维成形方法及装置 | |
| US6861613B1 (en) | Device and method for the preparation of building components from a combination of materials | |
| US10919227B2 (en) | Manufacturing system for use in space | |
| Hoffmann et al. | In-space additive manufacturing: A review | |
| CN110802302B (zh) | 一种多向钢节点的电弧熔丝增材制造方法 | |
| Evjemo et al. | Additive manufacturing by robot manipulator: An overview of the state-of-the-art and proof-of-concept results | |
| Colegrove et al. | High deposition rate high quality metal additive manufacture using wire+ arc technology | |
| CN107442773A (zh) | 三维选择性烧结修补系统、设备及其应用方法 | |
| KR20150124553A (ko) | 선박 건조 설비 및 이를 이용한 입체물품 제조방법 및 레이저 프린터 | |
| AU2023233198A1 (en) | Systems and methods for non-continuous deposition of a component | |
| Goh et al. | Large-format additive manufacturing of polymers: a review of fabrication processes, materials, and design | |
| CN103934456A (zh) | 一种同步喷涂粘接的增材制造方法 | |
| EP3608049A1 (en) | Methods and apparatus for laser deposition | |
| Campocasso et al. | A framework for future CAM software dedicated to additive manufacturing by multi-axis deposition | |
| EP3527373A1 (en) | In-space manufacturing system | |
| EP3820674B1 (en) | Production method with molten filaments on a powder bed | |
| RU2718823C1 (ru) | Способ изготовления топологически оптимизированного рабочего колеса водометного движителя методом прямого лазерного выращивания | |
| Usera et al. | Redesign and manufacturing of a metal towing hook via laser additive manufacturing with powder bed | |
| Medelli´ n-Castillo et al. | Rapid prototyping and manufacturing: A review of current technologies | |
| Ludovico et al. | Experimental analysis of the direct laser metal deposition process | |
| Karunakaran | Hybrid Manufacturing | |
| CN110216874B (zh) | 3d打印系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |