KR101564554B1

KR101564554B1 - 삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치

Info

Publication number: KR101564554B1
Application number: KR1020140125026A
Authority: KR
Inventors: 최두원; 서준석
Original assignee: (주)하이비젼시스템
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2015-10-30
Also published as: WO2015186864A1; US20170087773A1

Abstract

본 발명은 삼차원 프린터의 작동전에 베드를 두 개의 축에 대해 회전시켜 수평으로 정렬시킴으로써, 베드 상에 출력되는 삼차원 구조물의 출력 품질을 재고할 수 있는 삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치에 관한 것으로서, 압출헤드를 통해 생성재료를 베드에 적층하여 입체물을 생성하는 삼차원 프린터에서 상기 베드의 수평면을 정렬하는 베드 수평정렬 장치에 있어서, 상기 베드가 수평면을 이루지 못하는 경우, 상기 베드가 수평면을 이루도록 보정하기 위하여 상기 베드를 두 개의 축에 대해 회전시키는 회전부재를 포함하는 삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치를 제공한다.

Description

삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치 {LEVEL ALIGNING DEVICE FOR BED OF 3D PRINTER}

본 발명은 삼차원 프린터가 입체물을 출력하기 전에 입체물이 출력되는 베드(bed)를 수평면에 정렬하기 위한 장치에 관한 것이다.

CAD 프로그램으로 설계한 컴퓨터 파일에서 입체로 된 기계 부품 등을 인쇄하듯 실물모형을 만드는 장치를 삼차원 프린터라고 하며, 삼차원 프린터의 발전과 확산이 제조업계의 화두로 등장하였다.

일반적으로 삼차원 프린터는 압출헤드에 의해 지지되는 노즐을 통해 생성재료(통상, ABS 수지)를 출력용 베드(substrate bed)에 출력하여 적층함으로써 입체물을 생성한다. 베드는 압출헤드에 대해 직교좌표계에서 X, Y, Z의 세 축 방향 또는 일부 방향으로 (압출헤드가 움직이는 제품도 있음) 이동하며 생성재료가 베드 상의 정해진 위치에 적층되게 한다. 이러한 베드의 이동은 베드와 연결된 스크류 등에 의해 각 축 방향의 이동이 정확히 제어됨으로써 생성재료가 정확한 위치에 적층된다. 다만, 이러한 수지 적층을 통한 결과물 생성 과정은 고온에서 이루어지며, 한번의 작업 동안에 베드는 많은 이동을 수행하거나, 압출헤드에 의해 외력을 받는다.

이하, 도 1에는 베드가 수평축에 대해 기술어져 평탄도가 정렬되지 않은 상태를 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 3차원 프린터의 작동 후, 고온의 작동 환경에 의한 열과 많은 움직임 그리고 자중이 베드의 위치와 자세에 영향을 준다. 따라서, 작업 완료후 베드가 열변형, 진동, 및 자중 등 초기 위치로 정렬되지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

따라서, 압출헤드(10)를 이용하여 베드(20)에 구조물을 출력하기 전에 베드(20)의 초기 위치를 수평으로 정렬할 필요가 있다.

본 발명은 삼차원 프린터의 작동전에 베드를 두 개의 축에 대해 회전시켜 수평으로 정렬시킴으로써, 베드 상에 출력되는 삼차원 구조물의 출력 품질을 재고할 수 있는 삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 압출헤드를 통해 생성재료를 베드에 적층하여 입체물을 생성하는 삼차원 프린터에서 상기 베드의 수평면을 정렬하는 베드 수평정렬 장치에 있어서, 상기 베드가 수평면을 이루지 못하는 경우, 상기 베드가 수평면을 이루도록 보정하기 위하여 상기 베드를 두 개의 축에 대해 회전시키는 회전부재를 포함하는 삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치를 제공한다. 이 경우, 수평면으로 고정된 메인플레이트를 포함하고, 상기 회전부재는 메인플레이트에 대하여 상기 베드와 함께 두 개의 축에 대해 회전하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 실시형태에 따르면, 상기 회전부재는, 상기 메인플레이트에 결합되며, 수평면 상의 제1 축을 중심으로 회동하는 제1 회전플레이트와, 상기 제1 회전플레이트에 결합되어 수평면 상의 제2 축을 중심으로 회동하며 상면에 상기 베드가 형성되는 제2 회전플레이트와, 상기 제1 회전플레이트가 상기 제1 축을 중심으로 회동하게 하는 제1 액츄에이터와, 상기 제2 회전플레이트가 상기 제2 축을 중심으로 회동하게 하는 제2 액츄에이터를 구비할 수 있다.

이 경우, 상기 제1 액츄에이터는 상기 제1 회전플레이트의 제1 지점을 수직 방향으로 이동시키고, 상기 제2 액츄에이터는 상기 제2 회전플레이트의 제2 지점을 수직축 방향으로 이동시킨다. 이 때, 상기 제1 지점은 상기 제1 회전플레이트 상의 상기 제2 축과 평행한 선 상의 점이며, 상기 제2 지점은 상기 제2 회전플레이트 상의 상기 제1 축과 평행한 선 상의 점이다.

상기 제1 액츄에이터는, 상기 메인플레이트에 장착된 제1 모터와, 상기 제1 모터에 회전 가능하게 결합된 제1 캠과, 상기 제1 캠의 회전시 상기 제1 캠의 캠프로파일에 의해 수직방향으로 이동하며 상기 제1 회전플레이트의 상기 제1 지점을 수직 방향으로 이동시키는 제1 이동부를 포함한다. 마찬가지로, 상기 제2 액츄에이터는, 상기 제1 회전플레이트에 장착된 제2 모터와, 상기 제2 모터에 회전 가능하게 결합된 제2 캠과, 상기 제2 캠의 회전시 상기 제2 캠의 캠프로파일에 의해 수직방향으로 이동하며, 상기 제2 회전플레이트의 상기 제2 지점을 수직 방향으로 이동시키는 제2 이동부를 포함한다.

한편, 일단이 상기 메인플레이트에 고정되고 타단이 상기 제1 회전플레이트에 고정되는 제1 완충스프링과, 일단이 상기 제1 회전플레이트에 고정되고 타단이 상기 제2 회전플레이트에 고정되는 제2 완충스프링을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 실시형태에 따르면, 상기 회전부재는 상기 베드를 상기 메인플레이트에 두 개의 축에 대해 회전가능하게 결합하는 회전결합부를 포함할 수 있다.

상기 회전결합부는, 상기 메인플레이트에 결합되는 제1 결합편; 상기 베드에 결합되는 제2 결합편과; 상기 제1 결합편에 제1 축방향으로 회전가능하게 결합하고 상기 제2 결합편에 제2 축방향으로 회전가능하게 결합하는 중앙결합부를 포함할 수 있다.

상기 제1 결합편은 양단부에 상기 제2 축을 지나는 제3 회전축을 통해 상기 중앙결합부에 결합될 수 있도록 상기 제2 축이 지나는 위치를 향해 절곡되어 연장된 브라켓이 형성되어 상기 중앙결합부를 둘러싸며, 상기 제2 결합편은 양단이 상기 제1 축을 지나는 제4 회전축을 통해 상기 중앙결합부에 결합될 수 있도록 상기 제1 축이 지나는 위치를 향해 절곡되어 연장된 브라켓이 형성되어 상기 중앙결합부를 둘러싸는 것이 바람직하다.

상기 제1 결합편은 상기 메인플레이트와 일체로 형성되며, 상기 메인플레이트가 상기 제2 축을 지나는 제3 회전축을 통해 상기 중앙결합부에 결합될 수 있도록 상기 제2 축이 지나는 위치를 향해 연장된 브라켓이 형성되고, 상기 제2 결합편은 상기 베드와 일체로 형성되며, 상기 베드가 상기 제1 축을 지나는 제4 회전축을 통해 상기 중앙결합부에 결합될 수 있도록 상기 제1 축이 지나는 위치를 향해 연장된 브라켓이 형성될 수 있다.

한편, 상기 메인플레이트는 상기 베드를 상기 수평면 상의 상기 제1 축방향으로 회전시키는 제1 액츄에이터와, 상기 베드를 상기 수평면상의 상기 제2 축방향으로 회전시키는 제2 액츄에이터를 포함한다.

이 경우, 상기 제1 액츄에이터는, 상기 메인플레이트에 장착된 제1 모터와, 상기 제1 모터에 회전 가능하게 결합된 제1 캠을 포함하며, 상기 제1 캠이 회전하면, 상기 베드 하면의 제1 지점이 상기 제1 캠의 캠 구동에 의해 수직 방향으로 이동된다. 또한, 상기 제2 액츄에이터는, 상기 메인플레이트에 장착된 제2 모터와, 상기 제2 모터에 회전 가능하게 결합된 제2 캠을 포함하며, 상기 제2 캠이 회전하면, 상기 베드 하면의 제2 지점이 상기 제2 캠의 캠 구동에 의해 수직 방향으로 이동된다.

또한, 본 발명은 상기 압출헤드를 이동시키고, 상기 회전부재를 두 개의 축에 대해 회전시키기 위한 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 베드 상의 복 수개의 지점의 높이를 측정하여 상기 베드가 상기 두 개의 축에 대해 기울어진 상태를 계측하여 상기 베드가 수평을 이루도록 상기 회전부재를 회전시키는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 제어부는, 상기 압출헤드를 상기 베드의 일점에 상기 베드의 상면이 상기 압출헤드의 노즐에 닿을때 까지 이동시켜 원점의 위치를 초기화 하고, 상기 압출헤드를 상기 베드 상의 복수개의 다른 점으로 이동시켜 해당 지점들에서의 상기 원점에 대한 좌표를 측정하여 상기 베드의 수평면에 대한 기울기를 계측하고, 상기 계측된 기울기를 상쇄하도록 상기 베드를 회전시켜 수평을 이루게 하는 것이 바람직하다.

상기 원점은 상기 베드의 중앙점인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 삼차원 프린터의 메인플레이트에 대하여 삼차원 입체물이 출력될 베드가 2축 회전할 수 있어서, 최초 수평면에 경사진 베드를 신속하게 회전시켜 수평을 이루도록 정렬할 수 있다.

이러한 삼차원 프린터의 베드의 정렬 초기화를 통해, 생성 입체물의 품질이 향상될 수 있다.

도 1은 입체물 출력을 위한 베드가 수평면에 대해 경사진 상태를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 베드 수평정렬 장치의 제1 실시예 구성을 도시한 도면,
도 3은 도 2의 베드 수평정렬 장치 중 X축 회동이 가능한 제1 회전플레이트를 도시한 도면,
도 4는 도 2의 베드 수평정렬 장치 중 Y축 회동이 가능한 제2 회전플레이트를 도시한 도면,
도 5는 도 2의 제1 회전플레이트 및 구동요소를 나타낸 도면,
도 6은 도 2의 제1 회전플레이트 및 완충요소를 나타낸 도면,
도 7은 도 2의 제1 회전플레이트를 회동시키는 캠의 작동을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 따른 베드 수평정렬 장치의 압출헤드가 메인 베드의 위치 및 경사를 확인하기 위한 구동 과정을 도시한 개념도,
도 9는 본 발명에 따른 베드 수평정렬 장치의 제2 실시예 구성을 도시한 도면,
도 10은 도 9의 2축 회전조립체를 도시한 도면, 그리고
도 11은 도 10의 2축 회전조립체를 도시한 분해사시도이다.

이하, 이하, 도 2 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별이 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미 한다.

도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 삼차원 프린터의 베드 수평저렬 장치의 제1 실시예를 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 삼차원 프린터는 제어부(미도시)에 의해서 베드의 위치 및 경사를 제어하고, 제어부는 입체물을 생성하는데 사용되는 STL(Stereo Lithograpy) 파일을 기초로 하여 상기 입체물을 베드조립체 상의 베드에 출력한다.

베드 수평정렬 장치는 메인플레이트(110)를 상에서 최상면을 임의의 방향으로 회전시키기 위한 2축 회전요소로서 X축 방향에 대해 회전가능한 제1 회전플레이트(120)와 Y축 방향에 대해 회전가능한 제2 회전플레이트(130)를 구비한다. 메인플레이트(110)는 수평축(X 또는 Y)방향 및 수직축(Z축) 방향으로 이동하여 압출헤드(도시하지 않음)에 대해 위치를 결정한다. 제2 회전플레이트(130)는 압출헤드에 의해 입체물이 적층되는 최상부 베드이다.

제1 회전플레이트(120)는 제1 회전축(121)에 의해 메인플레이트(110)에 대해 회동 가능하게 결합된다. 제1 회전축(121)은 메인플레이트(110)에 대해 X축 방향으로 결합하여 제1 회전플레이트(120)가 제1 회전축(121)을 중심으로 메인플레이트(110)에 대해 상대적으로 회동할 수 있다.

제2 회전플레이트(130)는 제2 회전축(131)에 의해 제1 회전플레이트(120)에 대해 회동 가능하게 결합된다. 제2 회전축(131)은 제1 회전플레이트(120)에 대해 Y축 방향으로 결합하여 제2 회전플레이트(130)가 제2 회전축(131)을 중심으로 제1 회전플레이트(120)에 대해 상대적으로 회동할 수 있다.

메인플레이트(110)에는 YZ 평면상에 Z축 방향으로 돌출된 제1 브라켓(114)이 형성되고 제1 회전플레이트(120)에는 YZ 평면상에 -Z축 방향으로 돌출된 제2 브라켓(114)이 형성되며, 제1 회전축(121)이 제1 브라켓(114)과 제2 브라켓(124)를 X축 방향으로 관통하여 회전가능하게 결합된다. 따라서, 제1 회전플레이트(120)가 제1 회전축(121)을 중심으로 X축 회동을 할 수 있다.

제1 회전플레이트(120)에는 ZX 평면상에 Z축 방향으로 돌출된 제3브라켓(125)이 형성되고, 제2 회전플레이트(130)에는 ZX평면상에 -Z축 방향으로 돌출된 제4브라켓(135)가 형성되며, 제2 회전축(131)이 제3브라켓(125)과 제4브라켓(135)를 Y축 방향으로 관통하여 회전 가능하게 결합된다. 따라서, 제2 회전플레이트(130)가 제2 회전축(131)을 중심으로 Y축 회동을 할 수 있다.

제1 브라켓(114)이 형성되고 제1 회전플레이트(120)에는 제2 브라켓(114)이 형성되며, 제1 회전축(121)이 제1 브라켓(114)과 제2 브라켓(124)를 X축 방향으로 관통하여 회전 가능하게 결합된다. 따라서, 제1 회전플레이트(120)가 제1 회전축(121)을 중심으로 X축을 중심으로 회동할 수 있다.

메인플레이트(110)에는 제1 회전플레이트(120)를 X축 방향으로 회전시키기 위한 제1 액츄에이터(140)가 설치되고, 제1 회전플레이트(120)에는 제2 회전플레이트(130)를 Y축 방향으로 회전시키기 위한 제2 액츄에이터(160)가 설치된다. 제1 액츄에이터(140)는 제1 회전플레이트(120)의 일단부를 Z축 방향으로 이동시켜 제1 회전플레이트(120)가 제1 회전축(121)을 중심으로 회전할 수 있다. 마찬가지로 제2 액츄에이터(160)는 제2 회전플레이트(130)의 일단부를 Z축 방향으로 이동시켜 제2 회전플레이트(130)가 제2 회전축(131)을 중심으로 회전할 수 있다.

제1 회전플레이트(120)의 타단부(제1 회전축(121)을 기준으로 제1 액츄에이터(140)의 반대측 단부)에는 제1 완충스프링(150)이 구비되어, 제1 액츄에이터의 작동에 따라 제1 회전플레이트(120)의 회전 시 충격을 완충하고 탄성력을 통해 베드더미의 구동/정지 중의 공차를 최소화시킨다.

마찬가지로, 제2 회전플레이트(130)의 타단부(제2 회전축(131)을 기준으로 제2 액츄에이터(160)의 반대측 단부)에도 제2 완충스프링(170)이 구비된다.

이 실시예에서, 제1 및 제2 액츄에이터(140, 160)는 캠을 이용한 액츄에이터로서, 캠 구동에 의해 대응하는 제1 또는 제2 회전플레이트(120, 130)의 일단부를 Z축 방향으로 이동시킨다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 회전플레이트(120)의 일단부에는 제1 액츄에이터(140)가 Z축 방향으로 이동하 때 접촉하는 제1 액츄에이터 접촉부(122)가 형성되고, 타단부에는 제1 완충스프링(150)이 결합되는 제1 완충스프링 결합부(123)가 형성된다. 마찬가지로 제2 회전플레이트(130)에는 제2 액츄에이터 접촉부(132)와 제2 완충스프링 결합부(133)가 형성된다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 완충스프링(150)은 일단이 메인플레이트(110)에 고정되고, 타단이 제1 회전플레이트(120)의 제1 완충스프링 결합부(123)에 고정되어, 제1 액츄에이터(140)가 제1 회전플레이트(120)의 일단부를 Z축 방향으로 상승시키면 압축되고, Z축 방향으로 하강시키면 신장된다. 마찬가지로, 제2 완충스프링(170)은 일단이 제1 회전플레이트(120)에 고정되고, 타단이 제2 회전플레이트(130)의 제2 완충스프링 결합부(133)에 고정되어, 제2 액츄에이터(160)가 제2 회전플레이트(130)의 일단부를 Z축방향으로 상승시키면 압축되고, Z축 방향으로 하강시키면 신장된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제1 액츄에이터(140)는 메인플레이트(110)에 장착된 모터(141)와, 모터(141)의 회전축과 함께 회전하는 캠축(143)과, 캠축(143)을 편심축으로 하여 회전 가능하게 결합된 캠(144)과, 캠(144)의 프로파일을 따라 Z축 방향으로 상하 이동하는 이동부(142)를 구비한다. 이동부(142)는 제1 회전플레이트(120)의 제1 액츄에이터 접촉부(122)에 접촉된다.

제1 회전플레이트(120)가 XY평면에 평행한 경우 도 7 (b)와 같이 캠(144)이 위치한다. 도 7 (c)와 같이, 캠축(143)이 회전하여, 캠(144)이 이동부(142)를 Z축 방향으로 d2만큼 이동시키는 경우 제1 회전플레이트(120)는 X축에 대하여 sin^-1d2/L 만큼 회전한다. 반대로 도 8(a)와 같이, 캠축(143)이 회전하여, 캠(144)이 이동부(142)를 -Z축 방향으로 d1만큼 이동시키는 경우 제1 회전플레이트(120)는 X축에 대하여 -sin^-1d1/L 만큼 회전한다. 제2 액츄에이터(160)의 작동은 제2 회전플레이트(130)를 Y축에 대해 회전시키도록 작동하며, 제1 액츄에이터(140)와 동일하게 작동하므로 상세한 설명은 생략한다.

전술한 실시예에서 캠(144)의 프로파일은 편심을 갖는 원형으로 설명되었으나, 이러한 캠프로파일은 예시적인 것으로서, 캠축(143)의 회전에 따라 이동부(142)를 상하로 이동시킬 수 있으면서도, 모터(141)의 회전을 제어함으로써, 이동부(142)의 이동변위를 정밀하게 제어하기에 용이한 다양한 캠프로파일이 적용될 수 있다.

도 8은 헤드를 이용하여 입체물이 출력될 제2 회전플레이트(130)의 경사를 측정하는 과정을 설명하기 위한 것이다. 제어부(미도시는) 초기에 압출헤드(10)를 출력베드인 제2 지지베드(130)의 XY 평면상 중앙지점으로 이동시킨다. 헤드가 중앙부에 위치하면, 베드 수평정렬 장치 전체를 Z축 방향으로 이동시킨다. 압출헤드(10)의 선단부인 노즐에 닿을 때까지 이동시켜 미세하게 낮은 지점으로 이동 하여 Z축 0점 위치를 초기화 한다.

이후 XY 평면 상 초기지점에서 X방향 및 Y방향으로 압출헤드(10)를 이동 시키면서 이동한 지점에서의 Z축 위치를 측정한다. 초기지점에서 X축 방향으로 떨어진 지점에서의 Z축 높이를 측정하면, 제2 회전플레이트(130)가 Y축을 기준으로 얼마나 경사졌는지 역삼각함수를 통해 구할 수 있다. 마찬가지로, 초기지점에서 Y축 방향으로 떨어진 지점에서의 Z축 높이를 측정하여, 제2 회전플레이트가 X축에 대해 얼마나 경사졌는지 구할 수 있다.

도 8은 압출헤드를 초기지점을 포함하여 5개의 지점에서 Z축 높이를 계산하여 X축 및 Y축에 대한 경사도를 측정하는 과정을 예시적으로 도시한 것이다. 따라서, 경사도 측정 방법은 전술한 방법에 한정되지 않으며, 측정 지점도 5개의 지점에 한정되지는 않는다.

경사도 측정 과정을 거 친 후, 제어부(미도시)는 제1 액츄에이터(140)와 제2 액츄에이터(160)를 구동하여 제2 회전플레이트(130)를 2축 방향 회전시켜 제2 회전플레이트(130)가 XY 평면에 평행한 수평면이 되도록 초기화 된다.

도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치의 제2 실시예를 도시한 것이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 이 실시예는 메인플레이트(210)와, 베드(220)를 포함하고, 베드(220)를 메일플레이트(210)에 대해 2축 회전시키기 위한 2축 회전요소들이 구비된다. 즉, 제1 실시예는 1축 회전요소 두개를 결합하여 2축 회전을 구현한데 반하여, 이 실시예는 하나의 2축 회전요소를 사용한 것이다.

2축 회전요소는 메인플레이트(210)와 베드를(220) 2축 회전가능하게 결합하는 회전결합부(300)를 포함한다. 메인플레이트(210)에는 베드(220)를 수평면 상의 축인 X축 방향으로 회전시키는 제1 액츄에이터(230)와, 베드(220)를 수평면상의 다른 축인 Y축 방향으로 회전시키는 제2 액츄에이터(240)를 포함한다. 본 실시예에서 제1 액츄에이터(230)는 베드(220)를 X축 방향으로 회전시키기 위하여, 회전결합부(300)를 기준으로 베드(220) 상의 X축과 직교한 위치를 상하로 이동시키는 제1 캠(231)을 구비한다. 마찬가지로, 제2 액츄에이터(240)는 베드(220)를 Y축 방향으로 회전시키기 위하여 회전결합부(300)를 기준으로 베드(220) 상의 Y축과 직교한 위치를 상하로 이동시키는 제2 캠(241)을 구비한다.

본 실시예에서 제1 및 제2 액츄에이터(230, 240)는 서보모터이고, 제1 및 제2 캠(231, 241)은 서보모터의 회전축에 편심회전하는 캠부재이다.

경사도 측정 시 베드(220)가 X축에 대해 기울어진 각도와, Y축에 대해 기울어진 각도를 계산한다. 상기 제1 캠(231) 및 제2 캠(241)은 측정된 각도만큼 반대 방향으로 베드(220)를 회전시킨다. 이러한 작동에 따라 베드(220)는 수평을 이루게 된다.

이하, 이러한 2축 회전을 위한 구성 및 작동을 더욱 상세히 설명한다.

회전결합부(300)는 메인플레이트(210)에 결합되는 제1 브라켓(310)과, 베드(220)에 결합되는 제2 브라켓(320)과, 제1 브라켓(310)이 X축 방향으로 회전가능하게 결합하고 제2 브라켓(320)이 Y축 방향으로 회전가능하게 결합하는 중앙결합부(330)으로 구성된다. 제1 브라켓(310)은 X축 방향으로 회전 가능한 제3 회전축(311)에 의해 중앙결합부(330)에 회전가능하게 결합되고, 제2 브라켓(320)은 Y축 방향으로 회전가능한 제4 회전축(321)에 의해 중앙결합부에 회전가능하게 결합된다.

본 실시예에서 중앙결합부(330)은 정육면체로 이루어지며, 제1 브라켓(310)은 양단이 Y축을 중심으로 하는 제3 회전축(311)을 통해 중앙결합부(330)에 결합될 수 있도록 Y축이 관통되도록 중앙결합부(330)를 둘러싸는 형상이며, 제2 브라켓(320)은 양단이 X축을 중심으로 하는 제4 회전축(321)을 통해 중앙결합부(330)에 결합될 수 있도록 중앙결합부(330)를 둘러싸는 형상으로 이루어진다. 본 실시에에서, 제1 및 제2 브라켓(310, 320)은 "ㄷ"형태를 띄지만, 이에 한정되지는 않는다.

한편, 제1 브라켓(310)은 메인플레이트(210)와 일체로 형성되며, 메인플레이트(210)에서 연장될 수 있다. 제2 브라켓(320)도 마찬가지로 베드(220)와 일체로 형성되며, 베드(220)에서 연장될 수 있다.

제1 및 제2 액츄에이터(230, 241)가 작동하여 제1 및 제2 캠(231, 241)을 회전시키면, 제1 및 제2 캠(231, 241) 각각의 캠프로파일에 의해 베드(220)를 상측으로 밀게된다. 회전결합부(300)는 X축 및 Y축에 대하여 자유롭게 회전하므로 베드(220)는 X축 및 Y축에 대한 기울기가 보정되어 수평을 이룰 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지, 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

210: 메인플레이트 220: 베드
230: 제1 액츄에이터 231: 제1 캠
240: 제2 액츄에이터 241: 제2 캠
300: 회전결합부 310: 제1 브라켓
320: 제2 브라켓 330: 중앙결합부

Claims

압출헤드를 통해 생성재료를 베드에 적층하여 입체물을 생성하는 삼차원 프린터에서 상기 베드의 수평면을 정렬하는 베드 수평정렬 장치에 있어서,
수평면으로 고정된 메인플레이트와,
상기 베드가 수평면을 이루지 못하는 경우, 상기 베드가 수평면을 이루도록 보정하기 위하여 상기 베드를 상기 메인 플레이트에 대해 두 개의 축을 중심으로 회전시키는 회전부재를 포함하고,
상기 회전부재는 상기 베드를 상기 메인플레이트에 두 개의 축에 대해 회전가능하게 결합하는 회전결합부를 포함하는
삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 회전결합부는,
상기 메인플레이트에 결합되는 제1 결합편과;
상기 베드에 결합되는 제2 결합편과;
상기 제1 결합편에 제1 축방향으로 회전가능하게 결합하고 상기 제2 결합편에 제2 축방향으로 회전가능하게 결합하는 중앙결합부
를 포함하는 삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 결합편은 양단부에 상기 제2 축을 지나는 제3 회전축을 통해 상기 중앙결합부에 결합될 수 있도록 상기 제2 축이 지나는 위치를 향해 절곡되어 연장된 브라켓이 형성되어 상기 중앙결합부를 둘러싸며,
상기 제2 결합편은 양단이 상기 제1 축을 지나는 제4 회전축을 통해 상기 중앙결합부에 결합될 수 있도록 상기 제1 축이 지나는 위치를 향해 절곡되어 연장된 브라켓이 형성되어 상기 중앙결합부를 둘러싸는
삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 결합편은 상기 메인플레이트와 일체로 형성되며, 상기 메인플레이트가 상기 제2 축을 지나는 제3 회전축을 통해 상기 중앙결합부에 결합될 수 있도록 상기 제2 축이 지나는 위치를 향해 연장된 브라켓이 형성되고,
상기 제2 결합편은 상기 베드와 일체로 형성되며, 상기 베드가 상기 제1 축을 지나는 제4 회전축을 통해 상기 중앙결합부에 결합될 수 있도록 상기 제1 축이 지나는 위치를 향해 연장된 브라켓이 형성되는
삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 두 개의 축은 수평면 상의 제1 축과 제2 축이며,
상기 메인플레이트는, 상기 베드를 상기 제1 축의 축방향으로 회전시키는 제1 액츄에이터와, 상기 베드를 상기 제2 축의 축방향으로 회전시키는 제2 액츄에이터를 더 포함하는 삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 제1 액츄에이터는, 상기 메인플레이트에 장착된 제1 모터와, 상기 제1 모터에 회전 가능하게 결합된 제1 캠을 포함하며,
상기 제1 캠이 회전하면, 상기 베드 하면의 제1 지점이 상기 제1 캠의 캠 구동에 의해 수직 방향으로 이동되는
삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 제2 액츄에이터는, 상기 메인플레이트에 장착된 제2 모터와, 상기 제2 모터에 회전 가능하게 결합된 제2 캠을 포함하며,
상기 제2 캠이 회전하면, 상기 베드 하면의 제2 지점이 상기 제2 캠의 캠 구동에 의해 수직 방향으로 이동되는
삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치.
청구항 1, 8 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압출헤드를 이동시키고, 상기 회전부재를 두 개의 축에 대해 회전시키기 위한 제어부를 더 포함하되,
상기 제어부는 상기 베드 상의 복 수개의 지점의 높이를 측정하여 상기 베드가 상기 두 개의 축에 대해 기울어진 상태를 계측하여 상기 베드가 수평을 이루도록 상기 회전부재를 회전시키는
삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 제어부는,
상기 압출헤드를 상기 베드의 일점에 상기 베드의 상면이 상기 압출헤드의 노즐에 닿을 때까지 이동시켜 원점의 위치를 초기화 하고,
상기 압출헤드를 상기 베드 상의 복수개의 다른 점으로 이동시켜 해당 지점들에서의 상기 원점에 대한 좌표를 측정하여 상기 베드의 수평면에 대한 기울기를 계측하고,
상기 계측된 기울기를 상쇄하도록 상기 베드를 회전시켜 수평을 이루도록 제어하는
삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치.
청구항 15에 있어서,
상기 원점은 상기 베드의 중앙점인 삼차원 프린터의 베드 수평정렬 장치.