KR20180076660A - Nozzle apparatus for 3D metal printer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 금속 프린팅용 노즐장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 포메이트 솔루션의 용액을 여러 방향에서 공급할 수 있는 3차원 금속 프린팅용 노즐장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치는 노즐 및 채널수단을 포함한다. 상기 노즐은 금속 포메이트 솔루션의 용액을 수용하여 스테이지에 토출한다. 상기 채널수단은 레이저 조사기를 통해서 발사되는 레이저 빔을 상기 노즐에서 상기 스테이지상에 토출된 상기 용액에 조사할 수 있도록 상기 노즐과 동축으로 상기 노즐 내부에 장착된 빔가이드채널과, 상기 빔가이드채널의 내부로 상기 용액이 유입되지 않도록 상기 빔가이드채널의 일단 및 타단에 장착된 렌즈를 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치에 있어서, 상기 노즐은 상기 빔가이드채널을 통하여 조사되는 레이저 스팟에 동일한 거리를 가지며 동일한 각도로 이격된 복수의 분출구를 구비하여, 상기 분출구를 통하여 상기 용액을 상기 레이저 스팟에 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 노즐이 용액을 여러 방향에서 공급해줌으로 인하여 스테이지가 움직일 경우에도 가공되는 용액을 정확히 컨트롤할 수 있다. 이 경우 제품의 형상 및 헤드가 움직이는 방향에 상관없이 용액을 일정한 모양으로 하는 것이 가능해져서 3D 프린팅의 품질을 높일 수 있다. 또한 용액 컨트롤로 소요되는 시간을 단축시킬 수 있어서 기존의 공정에 비해 상당히 빠른 3D 프린팅이 가능하다.The present invention relates to a nozzle apparatus for three-dimensional metal printing, and more particularly, to a nozzle apparatus for three-dimensional metal printing capable of supplying a solution of a metal formate solution in various directions.
The nozzle apparatus for three-dimensional metal printing according to the present invention includes a nozzle and channel means. The nozzle receives the solution of the metal formate solution and discharges it to the stage. Wherein the channel means includes a beam guide channel mounted in the nozzle coaxially with the nozzle so as to irradiate a laser beam emitted through the laser beam onto the solution discharged on the stage from the nozzle, And a lens mounted on one end and the other end of the beam guide channel so as to prevent the solution from flowing into the inside.
Further, in the nozzle apparatus for three-dimensional metal printing according to the present invention, the nozzle has a plurality of jet ports spaced at the same distance and having the same distance to laser spots irradiated through the beam guide channel, It is preferable to supply the solution to the laser spot.
According to the present invention, since the nozzle supplies the solution in various directions, the solution to be processed can be accurately controlled even when the stage moves. In this case, regardless of the shape of the product and the direction in which the head moves, it is possible to make the solution uniform, thereby improving the quality of 3D printing. In addition, the time required for solution control can be shortened, which makes 3D printing much faster than conventional processes.
Description
본 발명은 3차원 금속 프린팅용 노즐장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 포메이트 솔루션의 용액을 여러 방향에서 공급할 수 있는 3차원 금속 프린팅용 노즐장치에 대한 것이다.The present invention relates to a nozzle apparatus for three-dimensional metal printing, and more particularly, to a nozzle apparatus for three-dimensional metal printing capable of supplying a solution of a metal formate solution in various directions.
3D CAD 데이터를 이용하여 제품을 그대로 성형할 수 있는 3D 프린터에서 통상적으로 많이 사용되는 FDM(Fused Deposition Modeling)방식은 플라스틱을 녹여 한층 한층 쌓는다는 태생적 한계 때문에 매끄러운 표면을 얻기가 힘들고 소재가 폴리머 계열에 제한되어있다. 이보다 해상도가 비교적 좋은 SLA(Stereo Lithography Apperatus) 방식은 레이저를 액체상태의 광경화성 수지에 노출시키면 고체가 형성되는 것을 이용하여 층을 쌓아 3D형상을 제조하는 것으로 FDM에 비해 비교적 정밀도가 높지만 소재가 제한적이며 낭비되는 수지의 양이 많다. 금속을 직접 프린팅하는 방법으로는 SLM(Selective Laser Melting) 방식의 금속 분말형태의 베드에 레이저를 노출시켜 분말을 소결하여 제품을 형성하는 방법이나, DED(Directed Energy Deposition) 방식의 금속을 레이저로 직접 녹여 증착시켜 금속제품을 만들어내는 방식 두 가지가 금속 제품을 출력하는데 가장 많이 사용된다. 하지만 두 방법 모두 고에너지의 레이저 출력을 요구하며 재료의 낭비가 심한 편이다. 이러한 방법의 가장 큰 단점은 진공 챔버가 필요하거나 산화를 방지하는 부대장치가 매우 어렵고 제품 크기에 제한이 많다는 것이다.The FDM (Fused Deposition Modeling) method, which is commonly used in 3D printers that can mold a product by using 3D CAD data, is difficult to obtain a smooth surface due to inherent limitations of melting plastic, . The SLA (Stereo Lithography Apperatus) method, which has a relatively higher resolution than that of the FDM, is a method of manufacturing a 3D shape by stacking layers using a solid-formed material when the laser is exposed to a liquid photocurable resin. And the amount of waste resin is large. The direct printing method of the metal includes a method of forming a product by sintering the powder by exposing a laser to a metal powder type bed of SLM (Selective Laser Melting) method, a method of forming a product by direct-energy deposition (DED) The two methods of melting and depositing metal products are most commonly used to output metal products. Both methods, however, require high energy laser output and waste of material. The main disadvantage of this method is that a vacuum chamber is required or an auxiliary device for preventing oxidation is very difficult and there is a limit to the size of the product.
따라서, 기존의 금속 프린팅의 선행 기술에 의한 방법들의 단점을 극복할 수 있는 방법이 필요하며, 이를 위하여 금속 액상 포메이트 솔루션에 레이저를 노출시키면 국부적으로 금속이 석출되는 현상을 이용하는 수열공법을 응용하여 3D형상의 금속 제품을 적층 제작하는 방법이 개발되었다. 이 경우 기존의 산화문제를 해결할 뿐만 아니라 적층금속의 품질이 아주 우수하다는 장점을 가지게 된다.Accordingly, there is a need for a method that can overcome the disadvantages of the prior art methods of metal printing. For this purpose, application of a hydrothermal method utilizing a phenomenon that a metal is precipitated locally when a laser is exposed to a metal liquid formate solution A method of laminating metal products of 3D shape has been developed. In this case, not only the conventional oxidation problem is solved but also the quality of the laminated metal is excellent.
등록특허 제10-1611566호(등록일자 2016년 04월 05일)에는 금속 포메이트 용액에 레이저 빔을 조사하여 3차원 금속 프린팅하는 프린팅장치 및 그 방법이 개시되어 있다.Japanese Patent Registration No. 10-1611566 (registered on Apr. 05, 2016) discloses a printing apparatus and a method for three-dimensional metal printing by irradiating a metal formate solution with a laser beam.
상기에 개시된 종래의 용액에 레이저를 조사하여 제품을 적층하는 방법은 스테이지의 구동방식에 따라 영향을 받아 제품의 품질에 영향을 미친다. 스테이지가 움직이는 형식일 경우 용액의 표면이 스테이지의 구동방향에 따라 변하게 되어 제품의 품질이 떨어지게 된다. 또한, 종래의 경우 용액이 도 4에 도시된 바와 같이 단방향으로만 공급되므로 스테이지의 진행방향에 따라 형성되는 용액의 모양이 변하게 되어 일정한 형상을 만들 수 없었다. 이 경우 제품의 형상에 따라 구동 방식을 조절해 주어야 하며 이는 생산성의 저하를 일으키게 된다.The method of laminating a product by irradiating laser to the conventional solution described above is influenced by the driving method of the stage and affects the quality of the product. When the stage is in the moving mode, the surface of the solution changes in accordance with the driving direction of the stage, thereby deteriorating the quality of the product. In addition, since the solution is conventionally supplied only in one direction as shown in FIG. 4, the shape of the solution formed according to the advancing direction of the stage is changed, and a uniform shape can not be formed. In this case, it is necessary to adjust the driving method according to the shape of the product, which causes a decrease in productivity.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 용액을 여러 방향에서 공급하여 용액을 일정한 모양으로 공급해 줄 수 있는 노즐장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is intended to solve the above problems. An object of the present invention is to provide a nozzle device capable of supplying a solution in a predetermined shape by supplying a solution in various directions.
본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치는 노즐 및 채널수단을 포함한다. 상기 노즐은 금속 포메이트 솔루션의 용액을 수용하여 스테이지에 토출한다. 상기 채널수단은 레이저 조사기를 통해서 발사되는 레이저 빔을 상기 노즐에서 상기 스테이지상에 토출된 상기 용액에 조사할 수 있도록 상기 노즐과 동축으로 상기 노즐 내부에 장착된 빔가이드채널과, 상기 빔가이드채널의 내부로 상기 용액이 유입되지 않도록 상기 빔가이드채널의 일단 및 타단에 장착된 렌즈를 구비한다.The nozzle apparatus for three-dimensional metal printing according to the present invention includes a nozzle and channel means. The nozzle receives the solution of the metal formate solution and discharges it to the stage. Wherein the channel means includes a beam guide channel mounted in the nozzle coaxially with the nozzle so as to irradiate a laser beam emitted through the laser beam onto the solution discharged on the stage from the nozzle, And a lens mounted on one end and the other end of the beam guide channel so as to prevent the solution from flowing into the inside.
또한, 본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치에 있어서, 상기 노즐은 상기 빔가이드채널을 통하여 조사되는 레이저 스팟에 동일한 거리를 가지며 동일한 각도로 이격된 복수의 분출구를 구비하여, 상기 분출구를 통하여 상기 용액을 상기 레이저 스팟에 공급하는 것이 바람직하다.Further, in the nozzle apparatus for three-dimensional metal printing according to the present invention, the nozzle has a plurality of jet ports spaced at the same distance and having the same distance to laser spots irradiated through the beam guide channel, It is preferable to supply the solution to the laser spot.
또한, 본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치에 있어서, 상기 노즐은 상기 분출구가 탈착가능한 것이 바람직하다.Further, in the nozzle device for three-dimensional metal printing according to the present invention, it is preferable that the nozzle is detachable from the jet port.
본 발명에 의하면 노즐이 용액을 여러 방향에서 공급해줌으로 인하여 스테이지가 움직일 경우에도 가공되는 용액을 정확히 컨트롤할 수 있다. 이 경우 제품의 형상 및 헤드가 움직이는 방향에 상관없이 용액을 일정한 모양으로 하는 것이 가능해져서 3D 프린팅의 품질을 높일 수 있다. 또한 용액 컨트롤로 소요되는 시간을 단축시킬 수 있어서 기존의 공정에 비해 상당히 빠른 3D 프린팅이 가능하다.According to the present invention, since the nozzle supplies the solution in various directions, the solution to be processed can be accurately controlled even when the stage moves. In this case, regardless of the shape of the product and the direction in which the head moves, it is possible to make the solution uniform, thereby improving the quality of 3D printing. In addition, the time required for solution control can be shortened, which makes 3D printing much faster than conventional processes.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치의 일 실시예의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 노즐이 개념도,
도 3은 도 2에 도시된 노즐에 의하여 용액이 공급되는 개념도,
도 4는 종래의 노즐에 의하여 용액이 공급되는 개념도이다.1 is a sectional view of an embodiment of a three-dimensional metal printing nozzle apparatus according to the present invention,
Fig. 2 is a conceptual view of a nozzle of the embodiment shown in Fig. 1,
FIG. 3 is a conceptual diagram of a solution supplied by the nozzle shown in FIG. 2,
4 is a conceptual diagram of a solution supplied by a conventional nozzle.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치의 일 실시예를 설명한다.1 to 3, an embodiment of a nozzle apparatus for three-dimensional metal printing according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 3차원 금속 프린팅용 노즐장치는 노즐(10) 및 채널수단(20)을 포함한다.A nozzle apparatus for three-dimensional metal printing according to the present invention includes a nozzle (10) and a channel means (20).
노즐(10)은 금속 포메이트 솔루션의 용액(5)을 수용하여 스테이지(3)에 토출한다. 이때 노즐(10)은 용액(5)을 여러 방향에서 공급할 수 있도록 복수의 분출구(11)를 구비한다. 분출구(11)들은 레이저 조사기(1)에서 조사되는 레이저 스팟(7)에서 동일한 거리에 위치하며, 동일한 각도로 이격된다. 그리고 분출구(11)들은 노즐(10)에 탈착할 수 있게 형성된다. 본 실시예의 경우 분출구(11)는 4개가 구비되어 90° 간격으로 이격된다.The
채널수단(20)은 레이저 조사기(1)에서 조사되는 레이저 빔이 노즐(10)에서 스테이지(3)에 토출된 용액(5)에 조사될 수 있도록 안내하는 역할을 한다. 이를 위하여 채널수단(20)은 빔가이드채널(11)과, 렌즈(23, 25)를 구비한다. 빔가이드채널(11)은 노즐(10)의 내부에 노즐(10)과 동축으로 장착된다. 렌즈(23, 25)는 빔가이드채널(11)의 내부로 용액(5)이 유입되지 않도록 빔가이드채널(11)의 일단과 타단에 장착된다.The channel means 20 serves to guide the laser beam irradiated by the
본 실시예의 노즐장치를 사용하면 빔가이드채널(11)의 일단과 타단에 장착된 렌즈(23, 25)에 의하여 빔가이드채널(11)의 내부로 용액(5)이 유입되지 않는다. 그래서 레이저 빔을 용액(5)에 정확하게 조사시킬 수 있다.The
또한 노즐(10)에는 분출구(11)가 형성되어 복수 개의 방향에서 용액을 공급한다. 이 경우 용액의 컨트롤에 소요되는 시간을 단축시켜 기존의 공정에 비하여 상당히 빠른 3D 프린팅이 가능하다. 또한 용액(5)을 일정한 모양으로 나올 수 있도록 컨트롤이 가능하므로 제품의 품질을 높일 수 있다.In addition, the
1 : 레이저 조사기
3 : 스테이지
5 : 용액
7 : 레이저 스핀
10 : 노즐
11 : 분출구
20 : 채널수단
21 : 빔가이드 채널
23, 25 : 렌즈1: laser irradiator 3: stage
5: solution 7: laser spin
10: nozzle 11:
20: channel means 21: beam guide channel
23, 25: lens
Claims (3)
레이저 조사기를 통해서 발사되는 레이저 빔을 상기 노즐에서 상기 스테이지상에 토출된 상기 용액에 조사할 수 있도록 상기 노즐과 동축으로 상기 노즐 내부에 장착된 빔가이드채널과, 상기 빔가이드채널의 내부로 상기 용액이 유입되지 않도록 상기 빔가이드채널의 일단 및 타단에 장착된 렌즈를 구비하는 채널수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅용 노즐장치.A nozzle for receiving a solution of the metal formate solution and discharging the solution to the stage,
A beam guide channel mounted in the nozzle coaxially with the nozzle so as to irradiate a laser beam emitted through the laser irradiator onto the solution discharged on the stage from the nozzle; And a channel mounted on one end and the other end of the beam guide channel so as not to enter the nozzle.
상기 노즐은 상기 빔가이드채널을 통하여 조사되는 레이저 스팟에 동일한 거리를 가지며 동일한 각도로 이격된 복수의 분출구를 구비하여, 상기 분출구를 통하여 상기 용액을 상기 레이저 스팟에 공급하는 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅용 노즐장치.The method according to claim 1,
Wherein the nozzle has a plurality of jet ports spaced at equal angles and having the same distance to laser spots irradiated through the beam guide channel to supply the solution to the laser spot through the jet port. Nozzle device for printing.
상기 노즐은 상기 분출구가 탈착가능한 것을 특징으로 하는 3차원 금속 프린팅용 노즐장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the nozzle is removable from the jet port.
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Legal Events
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