KR101528850B1 - 6자유도 3차원 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노즐 헤드를 X, Y, Z의 3개의 축을 중심으로 선형 이동 가능하게 함과 더불어 3개의 축을 중심으로 회전 운동 가능하게 구성하여 원하는 입체 형상을 정확하게 구현할 수 있는 6자유도 3차원 프린터에 관한 것으로, 본 발명에 따른 6자유도 3차원 프린터는, 입체 조형물이 프린팅되는 스테이지를 구비한 본체와; 상기 본체에 별도의 구동기에 의해 일축방향(X축 방향)을 따라 독립적으로 수평 이동하도록 설치된 2개의 X축 캐리어와; 상기 본체에 별도의 구동기에 의해 다른 일축방향(Y축방향)을 따라 독립적으로 수평 이동하도록 설치된 2개의 Y축 캐리어와; 상기 본체에 별도의 구동기에 의해 상하방향(Z축방향)을 따라 독립적으로 이동하도록 설치된 2개의 Z축 캐리어와; 상기 스테이지를 향해 프린팅 재료를 분사하는 노즐을 구비한 노즐 헤드와; 일단이 상기 각각의 X축 캐리어(21, 22)에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드에 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 X축링크부재와; 일단이 상기 각각의 Y축 캐리어에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드에 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 Y축링크부재와; 일단이 상기 각각의 Z축 캐리어에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드에 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 Z축링크부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

6자유도 3차원 프린터{6 DOF(Degrees of Freedom) 3D Printer}

본 발명은 3차원 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노즐 헤드를 X, Y, Z의 3개의 축을 중심으로 선형 이동 가능하게 함과 더불어 3개의 축을 중심으로 회전 운동 가능하게 구성하여 원하는 입체 형상을 정확하게 구현할 수 있는 6자유도 3차원 프린터에 관한 것이다.

종래의 프린터 장치는, 평면 형상의 시트재 혹은 고체물의 평면에 대하여 소정의 인쇄를 하는 것으로서 모두 2차원 인쇄를 하는 것이었으나, 최근에는 3차원 형상의 표면(예를 들어, 원통면, 구면, 그 밖의 여러가지 곡면)을 가지는 대상물을 인쇄할 수 있는 3차원 프린터가 개발되어 사용되고 있다.

현재 사용되고 있는 3차원 프린터는 일반적으로 볼 수 있는 FDM 방식의 3D 프린터와 SLA, SLS, DLP 방식의 3D 프린터 등이 있다.

FDM 방식은 가는 실 같은 필라멘트 형태의 열가소성 물질을 노즐 안에서 녹여 얇은 필름 형태로 출력하여 한 층씩 적층해나가면서 3차원 입체 형상을 프린팅 하는 방식이다.

그리고, SLS(Selective Laser Sintering) 방식은 선택적 레이저 소결방식으로, 이 방식은 응고되는 물질이 파우더 형태이며, 베드에 도포되어 있는 파우더에 선택적으로 레이저를 쏘면 레이저에 맞은 부분의 파우더가 소결되어 형상이 만들어진는 방식이다.

또한, SLA 방식은 광경화성 액체 수지가 담긴 수조에 레이저를 투사하여 경화시키는 방법으로 적층하는 방식으로, 인쇄물과 인쇄물을 받쳐주는 지지대는 빌딩 플랫폼에 조형되고, 한 층씩 쌓아 갈 때마다 이 빌딩플랫폼이 움직이면서 그 다음 쌓일 위치를 제시하게 되며, 결과적으로 빌딩플랫폼에 3D 프린팅 인쇄물을 완성하는 방식이다.

또한 DLP(Digital Light Processing) 방식은 액체 상태의 광경화성 수지에 빔 프로젝터를 사용하여 조형하고자 하는 모양의 빛을 투사하여 그 투사한 모양대로 수지를 경화시켜서 적층하는 방식이다.

이러한 3D 프린팅 방식 중 정밀도와 작업 속도 부분에 있어서는 SLA와 SLS, DLP 방식이 FDM 방식보다 형상자유도와 정밀도가 좋다. 하지만 고가의 제품이기 때문에 개인이 사용하기에는 부담스러운 단점이 있다. 따라서 보급화하기 좋은 것은 FDM 방식이지만 이 방식의 문제점은 형상자유도와 정밀도가 상대적으로 낮다는 점이다.

기존 FDM 방식의 3차원 프린터는 사선으로 물건을 쌓아 올릴 때 물체의 표면과 출력 기준면의 각도가 45도 이하가 되면 재료가 흘러내리는 문제가 있고, 프린팅하는 부분이 평면이 아니면 제대로 프린팅이 되지 않는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1430582호(2014.08.08 등록) 대한민국 등록특허 제10-0963893호(2010.06.08. 등록)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 노즐 헤드를 X, Y, Z의 3개의 축을 중심으로 선형 이동 가능하게 함과 더불어 3개의 축을 중심으로 회전 운동 가능하게 구성하여 원하는 입체 형상을 정확하게 구현할 수 있는 6자유도 3차원 프린터를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 6자유도 3차원 프린터는, 입체 조형물이 프린팅되는 스테이지를 구비한 본체와; 상기 본체에 별도의 구동기에 의해 일축방향(X축 방향)을 따라 독립적으로 수평 이동하도록 설치된 2개의 X축 캐리어와; 상기 본체에 별도의 구동기에 의해 다른 일축방향(Y축방향)을 따라 독립적으로 수평 이동하도록 설치된 2개의 Y축 캐리어와; 상기 본체에 별도의 구동기에 의해 상하방향(Z축방향)을 따라 독립적으로 이동하도록 설치된 2개의 Z축 캐리어와; 상기 스테이지를 향해 프린팅 재료를 분사하는 노즐을 구비한 노즐 헤드와; 일단이 상기 각각의 X축 캐리어(21, 22)에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드에 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 X축링크부재와; 일단이 상기 각각의 Y축 캐리어에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드에 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 Y축링크부재와; 일단이 상기 각각의 Z축 캐리어에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드에 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 Z축링크부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 한 형태에 따른 6자유도 3차원 프린터는, 입체 조형물이 프린팅되는 스테이지를 구비한 본체와; 상기 본체에 X축 방향을 따라 수평하게 선형 이동 가능하게 설치되는 X축 가이드부재와; 상기 X축 가이드부재를 따라 선형 운동하는 제1X축 캐리어 및 제2X축 캐리어와; 상기 제1X축 캐리어 및 제2X축 캐리어 각각에 독립적으로 선형 운동력을 제공하여 제1X축 캐리어 및 제2X축 캐리어를 X축 가이드부재를 따라 독립적으로 선형 운동시키는 제1X축구동기 및 제2X축구동기와; 상기 본체에 다른 일축방향(Y축 방향)을 따라 수평하게 선형 이동 가능하게 설치되는 Y축 가이드부재와; 상기 Y축 가이드부재를 따라 선형 운동하는 제1Y축 캐리어 및 제2Y축 캐리어와; 상기 제1Y축 캐리어 및 제2Y축 캐리어 각각에 독립적으로 선형 운동력을 제공하여 제1Y축 캐리어 및 제2Y축 캐리어를 Y축 가이드부재를 따라 독립적으로 선형 운동시키는 제1Y축구동기 및 제2Y축구동기와; 상기 본체에 상하방향(Z축 방향)을 따라 수평하게 선형 이동 가능하게 설치되는 Z축 가이드부재와; 상기 Z축 가이드부재를 따라 선형 운동하는 제1Z축 캐리어 및 제2Z축 캐리어와; 상기 제1Z축 캐리어 및 제2Z축 캐리어 각각에 독립적으로 선형 운동력을 제공하여 제1Z축 캐리어 및 제2Z축 캐리어를 Z축 가이드부재를 따라 독립적으로 선형 운동시키는 제1Z축구동기 및 제2Z축구동기와; 상기 스테이지를 향해 프린팅 재료를 분사하는 노즐을 구비한 노즐 헤드와; 일단이 상기 제1X축 캐리어 및 제2X축 캐리어 각각에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드의 일면에 조인트부재를 매개로 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 X축링크부재와; 일단이 상기 제1Y축 캐리어 및 제2Y축 캐리어 각각에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드의 다른 일면에 조인트부재를 매개로 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 Y축링크부재와; 일단이 상기 제1Z축 캐리어 및 제2Z축 캐리어 각각에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드의 또 다른 일면에 조인트부재를 매개로 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 Z축링크부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 2개씩의 X축 캐리어 및 Y축 캐리어, Z축 캐리어들이 각각 독립적으로 X축 방향과 Y축 방향, Z축 방향으로 이동할 수 있도록 구성되고, X축 캐리어와 Y축 캐리어와 Z축 캐리어들이 복수개의 링크아암과 볼조인트로 구성된 링크부재를 통해 노즐 헤드에 연결되어 노즐 헤드의 6자유도 운동을 구현할 수 있다. 따라서 노즐을 원하는 위치로 이동하여 원하는 방향에서 프린팅 재료를 토출할 수 있으므로 프린팅 재료를 스테이지 상에서 45도 각도 이하로 경사지게 쌓더라도 프린팅 재료가 무너지지 않게 되어 입체 조형물을 정확한 형태로 프린팅할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 3차원 프린터를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 3차원 프린터의 정면도이다.
도 3은 도 1의 3차원 프린터의 X축 방향 이동 장치의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1의 3차원 프린터의 노즐 헤드 부분을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 1의 3차원 프린터의 X축 방향 이동을 위한 X축 구동기를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 X축 구동기를 정면에서 본 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 1의 3차원 프린터의 작동례를 나타낸 도면들이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 6자유도 3차원 프린터의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 6자유도 3차원 프린터는, 입체 조형물이 프린팅되는 스테이지(10)를 구비한 본체(1)와, 상기 본체(1)에 각각 일축 방향(X축 방향)과 이 일축 방향에 직교하는 다른 일축 방향(Y축 방향)을 따라 독립적으로 수평 이동하도록 설치된 2개씩의 X축 캐리어(21, 22) 및 Y축 캐리어(31, 32), 상기 본체(1)에 상하 연직방향(Z축 방향)으로 승강 운동하도록 설치된 2개의 Z축 캐리어(41, 42), 상기 X축 캐리어(21, 22)와 Y축 캐리어(31, 32) 및 Z축 캐리어(41, 42)를 각각 독립적으로 구동시키는 제1X축구동기 및 제2X축구동기, 제1Y축구동기 및 제2Y축구동기, 제1Z축구동기 및 제2Z축구동기, 상기 스테이지(10)를 향해 프린팅 재료를 분사하는 노즐(51)을 구비한 노즐 헤드(50), 상기 노즐 헤드(50)를 상기 X축 캐리어(21, 22)와 Y축 캐리어(31, 32) 및 Z축 캐리어(41, 42)에 개별적으로 연결하는 2개씩의 X축링크부재(24)와 Y축링크부재(34) 및 Z축링크부재(44)를 포함한 구성으로 이루어진다.

편의상 상기 2개의 X축 캐리어(21, 22)를 각각 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22), 2개의 Y축 캐리어(31, 32)를 각각 제1Y축 캐리어(31) 및 제2Y축 캐리어(32), 그리고 2개의 Z축 캐리어(41, 42)를 각각 제1Z축 캐리어(41) 및 제2Z축 캐리어(42)라 명하여 설명한다.

상기 스테이지(10)는 직사각형의 평판으로 이루어져 본체(1)의 바닥면 상에 고정되게 설치되며, 그 위에 입체 조형물이 프린팅된다.

상기 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22)는 본체(1)의 상부에 X축 방향으로 연장되게 설치된 X축 가이드부재(23)를 따라 수평 이동하도록 구성된다. 상기 X축 가이드부재(23)는 양단이 본체(1)의 양단에 결합된 2개의 봉으로 이루어지며, 상기 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22)의 상부 및 하부에는 상기 X축 가이드부재(23)가 통과하는 구멍이 형성되어 있다.

또한 상기 제1Y축 캐리어(31) 및 제2Y축 캐리어(32)는 본체(1)의 하부에 Y축 방향으로 연장되게 설치된 Y축 가이드부재(33)를 따라 수평 이동하도록 구성된다. 상기 Y축 가이드부재(33)는 X축 가이드부재(23)와 마찬가지로 2개의 봉으로 이루어져 양단이 본체(1)의 일측 하부 양단에 결합되며, 상기 제1Y축 캐리어(31) 및 제2Y축 캐리어(32)의 상부 및 하부에는 상기 Y축 가이드부재(33)가 통과하는 구멍이 형성되어 있다.

상기 제1Z축 캐리어(41) 및 제2Z축 캐리어(42)는 본체(1)의 일측 모서리 부분에 상하방향(Z축 방향)으로 연장되게 설치된 Z축 가이드부재(43)를 따라 수평 이동하도록 구성된다. 상기 Z축 가이드부재(43)는 X축 가이드부재(23)와 마찬가지로 2개의 봉으로 이루어지며, 상기 제1Z축 캐리어(41) 및 제2Z축 캐리어(42)의 양단부에는 상기 Z축 가이드부재(43)가 통과하는 구멍이 형성되어 있다.

상기 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22)는 각각 제1X축구동기 및 제2X축구동기에 의해 X축 가이드부재(23)를 따라 독립적으로 선형 운동한다. 이 실시예에서 상기 제1X축구동기 및 제2X축구동기는 도 5 및 도 6에 도시한 것과 같이 각각 본체(1)의 양단부에 설치되는 2개의 풀리(62)와, 상기 본체(1)의 일측 단부에 설치되어 상기 2개의 풀리(62) 중 어느 하나를 회전시키는 모터(61)와, 상기 2개의 풀리(62)에 감겨져 풀리(62)의 회전에 의해 일측 방향으로 회전운동하며 양끝단부가 상기 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22) 각각에 연결되는 동력전달벨트(63)를 포함한 구성으로 이루어진다. 따라서, 상기 모터(61)에 전원이 인가되어 작동하면, 풀리(62)가 회전하게 되고, 풀리(62)의 회전에 의해 동력전달벨트(63)가 회전하여 제1X축 캐리어(21) 또는 제2X축 캐리어(22)가 X축 가이드부재(23)를 따라 X축 방향으로 선형 이동하게 된다.

이 실시예에서 제1X축구동기 및 제2X축구동기로서 모터(61)와 풀리(62)와 동력전달벨트(63)를 이용한 선형운동장치가 적용되었어지만, 이외에도 제1X축구동기 및 제2X축구동기로서 볼스크류와 모터, 또는 리니어모터 등의 공지의 다양한 선형운동장치가 적용될 수 있다.

그리고 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 제1Y축구동기 및 제2Y축구동기, 그리고 제1Z축구동기 및 제2Z축구동기 또한 상기 제1X축구동기 및 제2X축구동기와 마찬가지로 모터(61)와 풀리(62) 및 동력전달벨트(63)를 포함하는 선형운동장치를 적용하여 구성된다. 물론 전술한 것과 마찬가지로 제1Y축구동기 및 제2Y축구동기, 제1Z축구동기 및 제2Z축구동기로서 볼스크류와 모터, 또는 리니어모터 등의 공지의 다양한 선형운동장치를 적용하여 구성할 수 있을 것이다.

상기 X축링크부재(24)와 Y축링크부재(34) 및 Z축링크부재(44)는 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22)와, 제1Y축 캐리어(31) 및 제2Y축 캐리어(32), 그리고 제1Z축 캐리어(41) 및 제2Z축 캐리어(42)를 각각 노즐 헤드(50)에 연결한다. 상기 X축링크부재(24)와 Y축링크부재(34) 및 Z축링크부재(44)는 서로 상대 회전이 가능하게 연결되는 복수개의 링크아암과 조인트부재로 구성될 수 있다.

즉, 상기 X축링크부재(24)는 일단이 상기 제1X축 캐리어(21) 또는 제2X축 캐리어(22)에 회전 가능하게 연결되며 힌지핀(25a)에 의해 서로 상대 회전 가능하게 연결된 복수개의 링크아암(25)과, 일단이 상기 링크아암(25) 중 최후방에 연결되는 링크아암(25)의 일단에 연결되게 설치되어 상기 노즐 헤드(50)의 일면에 임의의 방향으로 회전이 가능하게 연결되는 볼조인트(26)를 포함하는 구성으로 이루어진다. 여기서, 상기 링크아암(25)과 노즐 헤드(50)를 임의의 방향으로 상대 회전 가능하게 연결하는 조인트부재로서 볼조인트(26)를 적용하였지만, 이외에도 유니버셜 조인트 등 방향 전환이 자유로운 공지의 조인트부재를 적용하여 구성할 수 있다.

그리고, 상기 Y축링크부재(34) 역시 일단이 상기 제1Y축 캐리어(31) 또는 제2Y축 캐리어(32)에 회전 가능하게 연결되며 힌지핀(35a)에 의해 서로 상대 회전 가능하게 연결된 복수개의 링크아암(35)과, 일단이 상기 링크아암(35) 중 어느 하나의 일단에 연결되고 다른 일단이 상기 노즐 헤드(50)의 일면에 임의의 방향으로 회전이 가능하게 연결되는 볼조인트(36)를 포함한다.

상기 Z축링크부재(44)는 일단이 상기 제1Z축 캐리어(41) 또는 제2Z축 캐리어(42) 에 회전 가능하게 연결되며 힌지핀(45a)에 의해 서로 상대 회전 가능하게 연결된 복수개의 링크아암(45)과, 일단이 상기 링크아암(45) 중 어느 하나의 일단에 연결되고 다른 일단이 상기 노즐 헤드(50)의 일면에 임의의 방향으로 회전이 가능하게 연결되는 볼조인트(46)를 포함한다.

상기 노즐 헤드(50)는 내부에 프린팅 재료의 원료가 되는 열가소성 수지를 가열하여 용융시키는 가열장치를 구비하여 용융된 프린팅 재료를 노즐(51)을 통해 스테이지(10) 상으로 방출하여 입체 조형물을 프린팅한다. 상기 노즐 헤드(50)의 일측면에는 노즐 헤드(50) 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 방열팬(52)이 설치되는 것이 바람직하다.

상기 노즐 헤드(50)는 복수개의 링크아암(25, 35, 45)과 볼조인트(26, 36, 46)로 구성된 X축링크부재(24)와 Y축링크부재(34) 및 Z축링크부재(44)에 의해 상기 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22)와, 제1Y축 캐리어(31) 및 제2Y축 캐리어(32), 그리고 제1Z축 캐리어(41) 및 제2Z축 캐리어(42)와 연결되어 있기 때문에 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22)와, 제1Y축 캐리어(31) 및 제2Y축 캐리어(32), 그리고 제1Z축 캐리어(41) 및 제2Z축 캐리어(42)가 선형 이동하게 되면 노즐 헤드(50)의 위치와 방향이 가변되면서 노즐(51)을 통해 원하는 위치와 방향으로 프린팅 재료가 토출될 수 있게 된다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22)가 X축 가이드부재(23)를 따라 동일한 방향으로 동일한 거리만큼 이동하게 되면, 노즐 헤드(50)가 X축 방향으로 동일한 거리만큼 수평 이동하게 된다. 또한 상기 제1Y축 캐리어(31) 및 제2Y축 캐리어(32)가 Y축 가이드부재(33)를 따라 동일한 방향으로 동일한 거리만큼 이동하게 되면, 노즐 헤드(50)가 Y축 방향으로 동일한 거리만큼 수평 이동하게 되고, 상기 제1Z축 캐리어(41) 및 제2Z축 캐리어(42)가 Z축 가이드부재(43)를 따라 동일한 방향으로 동일한 거리만큼 이동하게 되면, 노즐 헤드(50)가 Z축 방향으로 동일한 거리만큼 승강 운동하게 된다.

그런데, 상기 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22), 제1Y축 캐리어(31) 및 제2Y축 캐리어(32), 제1Z축 캐리어(41) 및 제2Z축 캐리어(42)들이 각각 서로 다른 방향으로 이동하거나, 어느 하나가 정지한 상태에서 다른 하나만 이동하게 되면 노즐 헤드(50)의 방향이 틀어지면서 회전하게 된다.

예를 들어, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 것과 같이 노즐 헤드(50)의 노즐(51)이 스테이지(10)에 대해 수직한 상태에서(도 7a 참조) 제1Y축 캐리어(31) 및/또는 제2Y축 캐리어(32)가 서로 근접하는 방향으로 이동하게 되면 상기 노즐 헤드(50)가 X축을 중심으로 도면상 왼쪽으로 회전하게 되거나(도 7b 참조), 이와 반대로 제1Y축 캐리어(31) 및/또는 제2Y축 캐리어(32)가 서로 멀어지는 방향으로 이동하게 되면 상기 노즐 헤드(50)가 X축을 중심으로 도면상 왼쪽으로 회전하게 된다(도 7c 참조).

그리고, 전술한 것처럼 도 7d에 도시한 것과 같이 제1Y축 캐리어(31) 및 제2Y축 캐리어(32)가 동시에 동일한 거리만큼 Y축 방향으로 이동하게 되면, 노즐 헤드(50)의 방향은 변하지 않는 상태에서 노즐 헤드(50)의 위치만 Y축 방향(도면상 오른쪽)으로 이동하게 된다.

이와 같이 본 발명의 3차원 프린터는 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22), 제1Y축 캐리어(31) 및 제2Y축 캐리어(32), 제1Z축 캐리어(41) 및 제2Z축 캐리어(42)들이 각각 독립적으로 X축 방향과 Y축 방향, Z축 방향으로 이동할 수 있도록 구성되고, 복수개의 링크아암(25, 35, 45)과 볼조인트(26, 36, 46)를 통해 노즐 헤드(50)에 연결되어 노즐 헤드(50)의 6자유도 운동을 구현할 수 있다. 따라서 노즐(51)을 원하는 위치로 이동하여 원하는 방향에서 프린팅 재료를 토출할 수 있으므로 프린팅 재료를 스테이지(10) 상에서 45도 각도 이하로 경사지게 쌓더라도 프린팅 재료가 무너지지 않게 되어 입체 조형물을 정확한 형태로 프린팅할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

1 : 본체 10 : 스테이지
21, 22 : 제1,2X축 캐리어 23 : X축 가이드부재
24 : X축링크부재 25 : 링크아암
25a : 힌지핀 26 : 볼조인트
31, 32 : 제1,2Y축 캐리어 33 : Y축 가이드부재
34 : Z축링크부재 35 : 링크아암
35a : 힌지핀 36 : 볼조인트
41, 42 : 제1,2ㅋX축 캐리어 43 : Z축 가이드부재
44 : Z축링크부재 45 : 링크아암
45a : 힌지핀 46 : 볼조인트
50 : 노즐 헤드 51 : 노즐
52 : 방열팬 61 : 모터
62 : 풀리 63 : 동력전달벨트

Claims (10)

1. 입체 조형물이 프린팅되는 스테이지(10)를 구비한 본체(1)와;
   상기 본체(1)에 별도의 구동기에 의해 일축방향(X축 방향)을 따라 독립적으로 수평 이동하도록 설치된 2개의 X축 캐리어(21, 22)와;
   상기 본체(1)에 별도의 구동기에 의해 다른 일축방향(Y축방향)을 따라 독립적으로 수평 이동하도록 설치된 2개의 Y축 캐리어(31, 32)와;
   상기 본체(1)에 별도의 구동기에 의해 상하방향(Z축방향)을 따라 독립적으로 이동하도록 설치된 2개의 Z축 캐리어(41, 42)와;
   상기 스테이지(10)를 향해 프린팅 재료를 분사하는 노즐(51)을 구비한 노즐 헤드(50)와;
   일단이 상기 각각의 X축 캐리어(21, 22)에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드(50)에 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 X축링크부재(24)와;
   일단이 상기 각각의 Y축 캐리어(31, 32)에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드(50)에 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 Y축링크부재(34)와;
   일단이 상기 각각의 Z축 캐리어(41, 42)에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드(50)에 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 Z축링크부재(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도 3차원 프린터.
2. 제1항에 있어서, 상기 본체(1)에 X축 방향으로 연장되게 설치되어 상기 X축 캐리어(21, 22)의 X축 방향으로의 수평 이동을 안내하는 X축 가이드부재(23)와;
   상기 본체(1)에 Y축 방향으로 연장되게 설치되어 상기 Y축 캐리어(31, 32)의 Y축 방향으로의 수평 이동을 안내하는 Y축 가이드부재(33)와;
   상기 본체(1)에 Z축 방향으로 연장되게 설치되어 상기 Z축 캐리어(41, 42)의 Z축 방향으로의 수평 이동을 안내하는 Z축 가이드부재(43)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도 3차원 프린터.
3. 제1항에 있어서, 상기 X축링크부재(24)와 Y축링크부재(34)와 Z축링크부재(44)는 각각 볼조인트(26, 36, 46)를 매개로 노즐 헤드(50)의 서로 다른 면에 회전이 자유롭게 연결된 것을 특징으로 하는 6자유도 3차원 프린터.
4. 제1항에 있어서, 상기 X축링크부재(24)는 일단이 상기 X축 캐리어(21, 22)에 회전 가능하게 연결되며 힌지핀(25a)에 의해 서로 상대 회전 가능하게 연결된 복수개의 링크아암(25)과, 일단이 상기 링크아암(25) 중 어느 하나의 일단에 연결되고 다른 일단이 상기 노즐 헤드(50)의 일면에 임의의 방향으로 회전이 가능하게 연결되는 볼조인트(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도 3차원 프린터.
5. 제1항에 있어서, 상기 Y축링크부재(34)는 일단이 상기 Y축 캐리어(31, 32)에 회전 가능하게 연결되며 힌지핀(35a)에 의해 서로 상대 회전 가능하게 연결된 복수개의 링크아암(35)과, 일단이 상기 링크아암(35) 중 어느 하나의 일단에 연결되고 다른 일단이 상기 노즐 헤드(50)의 일면에 임의의 방향으로 회전이 가능하게 연결되는 볼조인트(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도 3차원 프린터.
6. 제1항에 있어서, 상기 Z축링크부재(44)는 일단이 상기 Z축 캐리어(41, 42)에 회전 가능하게 연결되며 힌지핀(45a)에 의해 서로 상대 회전 가능하게 연결된 복수개의 링크아암(45)과, 일단이 상기 링크아암(45) 중 어느 하나의 일단에 연결되고 다른 일단이 상기 노즐 헤드(50)의 일면에 임의의 방향으로 회전이 가능하게 연결되는 볼조인트(46)를 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도 3차원 프린터.
7. 제1항에 있어서, 상기 노즐 헤드(50)는 프린팅 재료를 가열하여 노즐(51)을 통해 외부로 토출하는 것을 특징으로 하는 6자유도 3차원 프린터.
8. 제7항에 있어서, 상기 노즐 헤드(50)의 일측면에는 노즐 헤드(50) 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 방열팬(52)이 설치된 것을 특징으로 하는 6자유도 3차원 프린터.
9. 입체 조형물이 프린팅되는 스테이지(10)를 구비한 본체(1)와;
   상기 본체(1)에 X축 방향을 따라 수평하게 선형 이동 가능하게 설치되는 X축 가이드부재(23)와;
   상기 X축 가이드부재(23)를 따라 선형 운동하는 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22)와;
   상기 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22) 각각에 독립적으로 선형 운동력을 제공하여 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22)를 X축 가이드부재(23)를 따라 독립적으로 선형 운동시키는 제1X축구동기 및 제2X축구동기와;
   상기 본체(1)에 다른 일축방향(Y축 방향)을 따라 수평하게 선형 이동 가능하게 설치되는 Y축 가이드부재(33)와;
   상기 Y축 가이드부재(33)를 따라 선형 운동하는 제1Y축 캐리어(31) 및 제2Y축 캐리어(32)와;
   상기 제1Y축 캐리어(31) 및 제2Y축 캐리어(32) 각각에 독립적으로 선형 운동력을 제공하여 제1Y축 캐리어(31) 및 제2Y축 캐리어(32)를 Y축 가이드부재(33)를 따라 독립적으로 선형 운동시키는 제1Y축구동기 및 제2Y축구동기와;
   상기 본체(1)에 상하방향(Z축 방향)을 따라 수평하게 선형 이동 가능하게 설치되는 Z축 가이드부재(43)와;
   상기 Z축 가이드부재(43)를 따라 선형 운동하는 제1Z축 캐리어(41) 및 제2Z축 캐리어(42)와;
   상기 제1Z축 캐리어(41) 및 제2Z축 캐리어(42) 각각에 독립적으로 선형 운동력을 제공하여 제1Z축 캐리어(41) 및 제2Z축 캐리어(42)를 Z축 가이드부재(43)를 따라 독립적으로 선형 운동시키는 제1Z축구동기 및 제2Z축구동기와;
   상기 스테이지(10)를 향해 프린팅 재료를 분사하는 노즐(51)을 구비한 노즐 헤드(50)와;
   일단이 상기 제1X축 캐리어(21) 및 제2X축 캐리어(22) 각각에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드(50)의 일면에 조인트부재를 매개로 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 X축링크부재(24)와;
   일단이 상기 제1Y축 캐리어(31) 및 제2Y축 캐리어(32) 각각에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드(50)의 다른 일면에 조인트부재를 매개로 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 Y축링크부재(34)와;
   일단이 상기 제1Z축 캐리어(41) 및 제2Z축 캐리어(42) 각각에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 노즐 헤드(50)의 또 다른 일면에 조인트부재를 매개로 회전이 자유롭게 연결되는 2개의 Z축링크부재(44);를 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도 3차원 프린터.
10. 제9항에 있어서, 상기 노즐 헤드(50)는 프린팅 재료를 가열하여 노즐(51)을 통해 외부로 토출하도록 구성되며, 상기 노즐 헤드(50)의 일측면에는 노즐 헤드(50) 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 방열팬(52)이 설치된 것을 특징으로 하는 6자유도 3차원 프린터.
    

Images