KR101256978B1 - 3차원 잉크젯 프린터 - Google Patents

3차원 잉크젯 프린터 Download PDF

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Abstract

잉크젯 헤드와 미디어 인쇄위치의 위치관계를 균일화하여 인쇄화상을 고화질화한다. 3차원 잉크젯 프린터(1)의 베이스(10)에는, Y축용 구동부(22)에 의해 Y축방향으로 이동하는 잉크젯 헤드(20)를 탑재하는 헤드 캐리지(21)가 설치되어 있다. 또한, 베이스(10)에는, X축용 구동부(23)에 의해 X축방향으로 이동하는 X테이블(31) 위에, Z축용 구동모터(37)에 의해 Z축방향으로 승강하는 미디어 보유부(40)가 설치된 Z축 지지부(32)가 세워져 있다. 그리고, 미디어 보유부(40)는, Z축용 구동 모터(37)에 설치된 Z테이블(41)로부터 X축방향으로 돌출하는 암부(42a, 42b)와, A축용 구동모터(45)에 의해 A축방향으로 요동하는 A축 회전부(43)와, B축용 구동모터(46)에 의해 B축방향으로 회전하여 미디어(M)를 보유하는 척(44)에 의해 구성된다.

Description

3차원 잉크젯 프린터{THREE-DIMENSIONAL INKJET PRINTER}
본 발명은 3차원 형상의 미디어 표면에 잉크젯 헤드로부터 잉크를 토출하여 상기 미디어 표면에 인쇄를 하는 3차원 잉크젯 프린터에 관한 것이다.
일반적인 잉크젯 프린터는, 플래튼 위로 반송된 평면형상의 미디어에 잉크젯 헤드로부터 잉크를 토출함으로써 미디어 표면에 인쇄를 한다.
그런데, 근래 3차원 형상의 미디어에 대해서도 인쇄를 하고자 하는 요구 때문에, 일본특허공개공보 2007-008110호에 기재된 3차원 잉크젯 프린터가 고려되고 있다. 이 3차원 잉크젯 프린터는, 3차원 형상의 미디어를 보유하는 미디어 보유부를 승강시키는 동시에, 미디어 보유부와 잉크젯 헤드를 3차원 공간 안에서 상대적으로 이동시키면서, 잉크젯 헤드로부터 미디어 표면에 잉크를 토출한다.
하지만, 상기 3차원 잉크젯 프린터에서는, 인쇄위치에 따라 잉크젯 헤드와 미디어의 위치관계가 다르기 때문에, 인쇄화상을 충분히 고화질화할 수 없다는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명은 3차원 형상의 미디어에 대해서도 고화질의 화상을 인쇄할 수 있는 3차원 잉크젯 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린터는, 3차원 형상의 미디어를 보유하는 미디어 보유부와 잉크젯 헤드를 상대적으로 이동시키면서, 상기 미디어의 표면에 상기 잉크젯 헤드로부터 잉크를 토출하여 상기 미디어 표면에 인쇄를 하는 3차원 잉크젯 프린터로서, 상기 잉크젯 헤드를 주(主)주사방향인 Y축방향으로 이동시키는 Y축용 구동부와, 상기 미디어 보유부를 Y축방향에 수직한 승강방향인 Z축방향으로 이동할 수 있게 지지하는 Z축 지지부와, 상기 Z축 지지부를 Y축방향 및 Z축방향에 수직한 X축방향으로 이동시키는 X축용 구동부와, 상기 미디어 보유부를 Z축방향으로 이동시키는 Z축용 구동부를 가지고, 상기 미디어 보유부는, Y축방향의 축둘레의 회전방향인 A축방향으로 상기 미디어를 요동시키는 A축용 구동부와, Y축방향에 수직한 축둘레의 회전방향인 B축방향으로 상기 미디어를 회전시키는 B축용 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 잉크젯 프린터이다.
본 발명에 따른 3차원 잉크젯 프린터에 의하면, Y축용 구동부에 의해 잉크젯 헤드와 미디어를 Y축방향으로 상대적으로 이동시키고, Z축용 구동부에 의해 잉크젯 헤드와 미디어를 Z축방향으로 상대적으로 이동시키고, X축용 구동부에 의해 잉크젯 헤드와 미디어를 X축방향으로 상대적으로 이동시키고, A축용 구동부에 의해 잉크젯 헤드와 미디어를 A축방향으로 상대적으로 이동시키고, B축용 구동부에 의해 잉크젯 헤드와 미디어를 B축방향으로 상대적으로 이동시킬 수 있다. 그리고, 이와 같이, Y축, X축, Z축, A축 및 B축의 5축을 제어함으로써, 잉크젯 헤드와 미디어를 상대적으로 이동시켜서, 미디어의 인쇄위치에 상관없이, 잉크젯 헤드와 미디어의 이간거리와, 잉크젯 헤드에 대한 미디어의 면방향을 균일화할 수 있기 때문에, 인쇄화상을 고화질화할 수 있다.
이 경우, 상기 미디어 보유부는, 상기 Z축 지지부에 지지되어 X축방향으로 돌출하는 암부와, 상기 암부의 선단부에 지지되어 상기 A축용 구동부에 의해 A축방향으로 요동되는 A축 회전부와, 상기 A축 회전부에 설치되어 상기 B축용 구동부에 의해 B축방향으로 회전하고, 상기 미디어를 보유하는 미디어 설치부를 더욱 구비하는 것이 바람직하다.
이 3차원 잉크젯 프린터에 의하면, Z축 지지부로부터 X축방향으로 돌출하는 암부에 A축방향으로 요동하는 A축 회전부가 지지되어 있고, 이 A축 회전부에 B축방향으로 회전하는 미디어 설치부가 보유되어 있기 때문에, 미디어는 Z축 지지부에 간섭받지 않고 3차원 공간을 이동할 수 있다.
본 발명에 따르면, 잉크젯 헤드와 미디어 인쇄위치의 위치관계를 균일화하여 인쇄화상을 고화질화할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 3차원 잉크젯 프린터의 정면도이다.
도 2는 도 1의 II-II선 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 3차원 잉크젯 프린터의 일부 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 잉크젯 프린터의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 한편, 도면에서 동일 또는 상당하는 부분에는 같은 부호를 사용한다.
도 1은 본 실시예에 따른 3차원 잉크젯 프린터의 정면도이고, 도 2는 도 1의 II-II선 단면도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 3차원 잉크젯 프린터의 일부 사시도이다. 한편, 본 실시예에서는, 도 1의 좌우방향(도 2의 전후방향)을 Y축방향이라고 하고, 도 1의 전후방향(도 2의 좌우방향)을 X축방향이라고 하며, 도 1의 상하방향(도 2의 상하방향)을 Z축방향이라고 한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 따른 3차원 잉크젯 프린터(1)는, 잉크를 토출하는 잉크젯 헤드(20)와 3차원 형상의 미디어(M)를 보유하는 미디어 보유부(40)를 상대적으로 이동시켜서, 잉크젯 헤드(20)로부터 잉크를 토출함으로써 미디어(M)의 표면에 화상 등을 인쇄하는 것이다.
3차원 잉크젯 프린터(1)는, 기본받침이 되는 베이스(10)에 Y축방향에 따라 배치되는 좌우 한쌍의 지지다리(11, 12)가 세워져 있다. Y축방향에서 우측에 배치되는 지지다리(11)에는 작업자에 의한 지시조작을 받는 조작판(13)이 탑재된 제1 제어장치(14)가 고정되어 있고, Y축방향에서 좌측에 배치되는 지지다리(12)에는 잉크젯 헤드(20)를 세정하는 보수 스테이션(15)이 탑재된 제2 제어장치(16)가 고정되어 있다. 제1 제어장치(14) 및 제2 제어장치(16)는, 후술하는 미디어 보유부(40)와 잉크젯 헤드(20)의 상대이동 제어나 잉크젯 헤드(20)의 잉크토출 제어 등을 하는 제어장치이다. 한편, 본 실시예에서는, 제1 제어장치(14)와 제2 제어장치(16)가 별도인 것으로 설명하였는데, 물리적 및 기능적으로 1개이어도 되고, 복수개로 분할되어 있어도 된다.
좌우 한쌍의 지지다리(11, 12) 사이에는 Y축방향에 따라 뻗은 지지도리(17)가 걸쳐져 있다. 그리고, 지지도리(17)의 윗면에는 지지도리(17)의 연장방향으로 뻗은 한쌍의 Y축 가이드 레일(18a, 18b)이 X축방향으로 병렬로 설치되어 있다. 그리고, 이 한쌍의 Y축 가이드 레일(18a, 18b)에 잉크젯 헤드(20)를 탑재하는 헤드 캐리지(21)가 Y축방향으로 이동할 수 있게 설치되어 있다.
잉크젯 헤드(20)는 여러 색의 잉크를 토출하여 미디어 보유부(40)에 보유된 미디어(M)에 컬러 화상을 인쇄하는 것이다. 이 때문에, 잉크젯 헤드(20)에는 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙 등의 잉크를 토출하는 복수개의 노즐이 형성되어 있다. 그리고, 잉크젯 헤드(20)는 미디어 보유부(40)에 보유된 미디어(M)와 마주보도록 헤드 캐리지(21)의 하단부에 배치되어 있다.
헤드 캐리지(21)는 지지도리(17)에 설치된 Y축용 구동부(22)에 연결되어 있다. Y축용 구동부(22)는, 예를 들어 Y축방향의 축둘레로 회전하는 Y축용 구동모터와, 이 Y축용 구동모터에 연결된 볼나사와, 이 볼나사의 축받이가 되는 볼축받이로 구성되는 주지의 기구로 실현된다. 그리고, 헤드 캐리지(21)는, 제1 제어장치(14) 또는 제2 제어장치(16)에 의한 Y축용 구동부(22)의 구동제어에 의해 Y축용 구동 테이블이 회전구동하여, 한쌍의 Y축 가이드 레일(18a, 18b)에 가이드되어 Y축방향으로 이동한다. 그리고, 헤드 캐리지(21)의 이동에 의해 잉크젯 헤드(20)의 노즐이 보수 스테이션(15)의 위쪽에 위치하면, 보수 스테이션(15)이 승강하여 잉크젯 헤드(20)의 노즐을 세정한다.
또한, 베이스(10)의 윗면에는 한쌍의 지지다리(11, 12) 사이에 X축방향으로 뻗은 한쌍의 X축 가이드 레일(19a, 19b)이 Y축방향으로 병렬로 설치되어 있다. 그리고, 이 한쌍의 X축 가이드 레일(19a, 19b)에는 미디어 보유부(40)를 올려놓기 위한 X테이블(31)이 X축방향으로 이동할 수 있게 설치되어 있다.
X테이블(31)은 미디어 보유부(40)를 잉크젯 헤드(20)에 대하여 X축방향으로 상대이동시키는 테이블이며, 베이스(10)에 설치된 X축용 구동부(23)에 연결되어 있다. X축용 구동부(23)는, 예를 들어 X축방향의 축둘레로 회전하는 X축용 구동모터와, 이 X축용 구동모터에 연결된 볼나사와, 이 볼나사의 축받이가 되는 볼축받이로 구성되는 주지의 기구로 실현된다. 그리고, X테이블(31)은, 제1 제어장치(14) 또는 제2 제어장치(16)에 의한 X축용 구동부(23)의 구동제어에 의해 X축용 구동 테이블이 회전구동하여, 한쌍의 X축 가이드 레일(19a, 19b)에 가이드되어 X축방향으로 이동한다. 그리고, X테이블(31)에는 Z축방향으로 뻗은 Z축 지지부(32)가 세워져 있다.
Z축 지지부(32)는 미디어 보유부(40)를 Z축방향으로 승강할 수 있게 지지하는 지지부재이다. 이 때문에, Z축 지지부(32)에는, Z축방향으로 세워지는 한쌍의 측벽부(33a, 33b)와, 한쌍의 측벽부(33a, 33b)의 윗면을 연결하는 천판부(天板部; 34)가 설치되어 있다. 그리고, 한쌍의 측벽부(33a, 33b) 사이에는 측벽부(33a, 33b)에 따라 미디어 보유부(40)를 Z축방향으로 승강시키는 승강기구(35)가 설치되어 있다.
승강기구(35)는, 한쌍의 측벽부(33a, 33b) 사이에 설치되어 X테이블(31)에 고정된 Z축용 구동모터(37)와, Z축용 구동모터(37)의 출력축에 연결되어 Z축방향으로 세워지는 볼나사(38)와, 볼나사(38)의 축받이가 되고 미디어 보유부(40)에 연결되는 볼축받이(39)에 의해 구성된다. 그리고, 제1 제어장치(14) 또는 제2 제어장치(16)에 의한 Z축용 구동모터(37)의 구동제어에 의해, 볼나사(38)가 회전하는 동시에, 볼나사(38)의 회전에 의한 볼축받이(39)의 Z축방향에서의 승강에 의해 미디어 보유부(40)가 Z축방향으로 승강한다.
미디어 보유부(40)는 미디어(M)를 회전할 수 있게 보유하는 것이다. 이 때문에, 미디어 보유부(40)는, 승강기구(35)의 볼축받이(39)에 설치되는 Z테이블(41)과, Z테이블(41)로부터 X축방향으로 돌출하는 한쌍의 암부(42a, 42b)와, 한쌍의 암부(42a, 42b)에 회전가능하게 설치되는 A축 회전부(43)와, A축 회전부(43)에 회전가능하게 설치되어 미디어(M)를 보유하는 척(44)에 의해 구성되어 있다.
한쌍의 암부(42a, 42b)는 Y축방향으로 마주보며 배치되어 있고, A축 회전부(43)를 요동할 수 있게 보유하는 것이다. 즉, 마주보는 한쌍의 암부(42a, 42b)의 선단에 Y축방향으로 뻗은 회전축이 설치되어 있고, 이 회전축에 A축 회전부(43)가 설치되어 있다. 그리고, 이 회전축에는 한쌍의 암부(42a, 42b)에 고정된 A축용 구동모터(45)의 출력축이 연결되어 있다. A축용 구동모터(45)는 한쌍의 암부(42a, 42b)에 설치된 회전축 둘레의 회전방향인 A축방향으로 회전구동하는 것이다. 이 때문에, A축용 구동모터(45)가 회전구동함으로써 A축 회전부(43)가 A축방향으로 요동할 수 있게 된다.
A축 회전부(43)는 척(44)를 회전할 수 있게 보유하는 것이다. 즉, A축 회전부(43)에는 A축 회전부(43)의 회전축에 대하여 수직 방향의 축을 회전축으로 하고, 이 회전축 둘레의 회전방향인 B축방향으로 회전구동하는 B축용 구동모터(46)가 설치되어 있다. 그리고, B축용 구동모터(46)의 출력축에 미디어(M)를 보유하는 척(44)이 설치되어 있다. 이 때문에, B축용 구동모터(46)가 회전구동함으로써 척(44)이 B축방향으로 회전할 수 있게 된다.
이와 같이, Z축용 구동모터(37), A축용 구동모터(45), B축용 구동모터(46)의 회전구동에 의해, 미디어 보유부(40)의 척(44)에 보유된 미디어(M)가 Z축방향으로 승강하는 동시에, A축방향 및 B축방향으로 회전한다.
또한, Z축 지지부(32)에는 X축방향에서 뒤쪽에, Z축방향으로 설치되는 한쌍의 Z축 가이드 레일(36a, 36b)이 Y축방향으로 병렬로 배치되어 있다. 그리고, 한쌍의 Z축 가이드 레일(36a, 36b)에는 소정 중량의 추(50)가 Z축방향으로 승강할 수 있게 설치되어 있다.
추(50)는 정육면체로 형성되어 있고, 미디어 보유부(40)와의 중량 균형을 맞추기 위한 것이다. Z축 지지부(32)의 상부에는 한쌍의 도르래(51a, 51b)가 회전가능하게 지지되어 있고, 각 도르래(51a, 51b)에는 와이어(52)가 걸쳐져 있다.
와이어(52)는 1개의 금속선 또는 다수개의 금속선이 짜여진 금속선이며, 인장방향의 하중에 대하여 높은 강성을 가지고 있다. 그리고, 와이어(52)는 추(50)에 설치된 한쌍의 훅(hook)을 관통하고 있으며, 그 양끝이 미디어 보유부(40)의 Z테이블(41)에 나사 등으로 고정되어 있다. 이 때문에, 미디어 보유부(40)와 추(50)는 와이어(52)에 의해 Z축 지지부(32)에 매달려 있다. 그리고, 추(50)는 도르래(51a, 51b)에 걸쳐진 와이어(52)를 통하여 미디어 보유부(40)와의 중량 균형을 맞추기 위하여, 미디어 보유부(40)의 중량과 같은 중량, 또는 미디어 보유부(40)와 미디어 보유부(40)에서 보유하는 미디어(M)의 총중량과 같은 중량으로 설정한다. 한편, 미디어(M)의 중량이 불명확한 경우나 여러 중량의 미디어(M)를 보유하는 경우에는, 추(50)의 중량을 미디어 보유부(40)보다 소정의 중량을 가산한 중량으로 하는 것이 바람직하다.
그리고, 이와 같이 구성되는 3차원 잉크젯 프린터(1)에서는, 제1 제어장치(14) 또는 제2 제어장치(16)가 X축용 구동부(23), Y축용 구동부(22), Z축용 구동모터(37), A축용 구동모터(45), B축용 구동모터(46)를 구동제어함으로써, 잉크젯 헤드(20)와 미디어(M)가 3차원 공간에서 상대적으로 이동한다.
즉, Y축용 구동부(22)를 구동제어함으로써, 미디어(M)에 대하여 잉크젯 헤드(20)가 Y축방향으로 수평이동한다. X축용 구동부(23)를 구동제어함으로써, 잉크젯 헤드(20)에 대하여 미디어(M)가 X축방향으로 수평이동한다. Z축용 구동모터(37)를 구동제어함으로써, 잉크젯 헤드(20)에 대하여 미디어(M)가 Z축방향으로 승강이동한다. A축용 구동모터(45)를 구동제어함으로써, 잉크젯 헤드(20)에 대하여 미디어(M)가 A축방향으로 요동(회전)한다. B축용 구동모터(46)를 구동제어함으로써, 잉크젯 헤드(20)에 대하여 미디어(M)가 B축방향으로 회전한다. 그리고, 미디어(M)에 화상을 인쇄할 때는, 잉크젯 헤드(20)와 미디어(M) 인쇄위치의 이간거리와, 잉크젯 헤드(20)에 대한 미디어(M)의 인쇄위치의 면방향이 일치하도록 각 축을 구동제어하면서, 잉크젯 헤드(20)의 잉크토출을 제어한다. 이에 의해, 3차원 형상의 미디어(M) 표면에 고화질의 화상을 인쇄할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 3차원 잉크젯 프린터(1)에 따르면, Y축용 구동부(22)에 의해 미디어(M)에 대하여 잉크젯 헤드(20)를 Y축방향으로 이동시키고, X축용 구동부(23)에 의해 잉크젯 헤드(20)에 대하여 미디어(M)를 X축방향으로 이동시키고, Z축용 구동모터(37)에 의해 잉크젯 헤드(20)에 대하여 미디어(M)를 Z축방향으로 이동시키고, A축용 구동모터(45)에 의해 잉크젯 헤드(20)에 대하여 미디어(M)를 A축방향으로 요동시키고, B축용 구동모터(46)에 의해 잉크젯 헤드(20)에 대하여 미디어(M)를 B축방향으로 회전시킬 수 있다. 그리고, 이와 같이 Y축, X축, Z축, A축 및 B축의 5축을 제어함으로써, 잉크젯 헤드(20)와 미디어(M)를 상대적으로 이동시켜서, 미디어(M)의 인쇄위치에 상관없이, 잉크젯 헤드(20)와 미디어(M)의 이간거리와, 잉크젯 헤드(20)에 대한 미디어(M)의 면방향을 균일화시킬 수 있기 때문에, 인쇄화상을 고화질화할 수 있다.
또한, 이 3차원 잉크젯 프린터(1)에 따르면, Z축 지지부(32)로부터 X축방향으로 돌출하는 암부(42a, 42b)에, A축방향으로 요동하는 A축 회전부(43)가 지지되어 있고, 이 A축 회전부(43)에 B축방향으로 회전하는 척(44)이 보유되어 있기 때문에, 미디어(M)는 Z축지지부(32)에 간섭받지 않고 3차원 공간을 이동할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였는데, 본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 실시예에서 각 축은 볼나사기구를 이용하여 이동시키는 것으로 설명하였는데, 각 축 방향으로 잉크젯 헤드(20)와 미디어(M)가 상대적으로 이동할 수 있으면 어떠한 수단으로 이동시켜도 된다.
본 발명은, 3차원 형상의 미디어 표면에 잉크젯 헤드로부터 잉크를 토출하여, 상기 미디어 표면에 인쇄를 하는 3차원 잉크젯 프린터로서 이용할 수 있다.
1: 3차원 잉크젯 프린터 10: 베이스
11, 12: 지지다리 13: 조작판
14: 제1 제어장치 15: 보수 스테이션
16: 제2 제어장치 17: 지지도리
18a, 18b: Y축 가이드 레일 19a, 19b: X축 가이드 레일
20: 잉크젯 헤드 21: 헤드 캐리지
22: Y축용 구동부 23: X축용 구동부
31: X테이블 32: Z축 지지부
33a, 33b: 측벽부 34: 천판부
35: 승강기구 36a, 36b: Z축 가이드 레일
37: Z축용 구동모터 38: 볼나사
39: 볼축받이 40: 미디어 보유부
41: Z테이블 42a, 42b: 암부
43: A축 회전부 44: 척(미디어 설치부)
45: A축용 구동모터 46: B축용 구동모터
50: 추 51a, 51b: 도르래
52: 와이어 M: 미디어

Claims (2)

  1. 3차원 형상의 미디어를 보유하는 미디어 보유부와 잉크젯 헤드를 상대적으로 이동시키면서, 상기 미디어의 표면에 상기 잉크젯 헤드로부터 잉크를 토출하여 상기 미디어 표면에 인쇄를 하는 3차원 잉크젯 프린터로서,
    상기 잉크젯 헤드를 주 주사방향인 Y축방향으로 이동시키는 Y축용 구동부와,
    상기 미디어 보유부를 Y축방향에 수직한 승강방향인 Z축방향으로 이동할 수 있게 지지하는 Z축 지지부와,
    상기 Z축 지지부를 Y축방향 및 Z축방향에 수직한 X축방향으로 이동시키는 X축용 구동부와,
    상기 미디어 보유부를 Z축방향으로 이동시키는 Z축용 구동부를 가지고,
    상기 Z축 지지부는 X축 방향으로 제 1 측면 및 제 1 측면 맞은편의 제 2 측면을 구비하며,
    상기 Z축 지지부의 제 1 측면에는 상기 미디어 보유부가 위치되고, 상기 Z축 지지부의 제 2 측면에는 추가 위치되며,
    상기 미디어 보유부 및 추는 상기 Z축 지지부의 상부에 배치된 회전 가능한 도르래에 걸쳐져 있는 와이어에 의해서 서로 연결되어서 상기 Z축 지지부의 제 1 측면 및 제 2 측면에 지지되어 있고,
    상기 미디어 보유부는,
    Y축방향의 축둘레의 회전방향인 A축방향으로 상기 미디어를 요동시키는 A축용 구동부와,
    Y축방향에 수직한 축둘레의 회전방향인 B축방향으로 상기 미디어를 회전시키는 B축용 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 잉크젯 프린터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미디어 보유부는,
    상기 Z축 지지부에 지지되어 X축방향으로 돌출하는 암부와,
    상기 암부의 선단부에 지지되어 상기 A축용 구동부에 의해 A축방향으로 요동되는 A축 회전부와,
    상기 A축 회전부에 설치되어 상기 B축용 구동부에 의해 B축방향으로 회전하고, 상기 미디어를 보유하는 미디어 설치부를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 잉크젯 프린터.
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