KR101619696B1

KR101619696B1 - 3d 프린터

Info

Publication number: KR101619696B1
Application number: KR1020150035917A
Authority: KR
Inventors: 서수원
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2016-05-10
Also published as: WO2016148331A1; US20180243986A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터는, 수용 공간이 마련되는 수조 케이싱, 수조 케이싱의 수용 공간에서 상하로 이동 가능하게 구비되며, 3D 조형물 조형을 위한 조형 소재를 분사하여 적층시키는 노즐 유닛 및 노즐 유닛을 제어하기 위한 제어 유닛을 포함하며, 수조 케이싱의 수용 공간에는, 3D 조형물 조형시 적층되는 3D 조형물을 지지하기 위한 지지 액체가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

3D 프린터{3D PRINTER}

본 발명은 3D 프린터에 관한 것이다.

3D 프린터는 입력한 설계도를 바탕으로 활자나 그림 등의 2차원이 아닌 3차원의 입체 물품을 만드는 장치를 말한다. 이러한 3D 프린터는 대량 생산 이전의 모델링이나 샘플 제작 등의 일부 산업용에서 시작하여 최근 들어서는 가정용, 교육용 또는 의료용 등 그 적용범위가 점차적으로 확대되고 있다.

한국 등록특허공보 제10-1451794호에는 종래 3D 프린터가 개시된다. 3D 프린터는 작동 방식에 따라 공보에 개시된 것과 같은 방식 이외에도 다양한 방식으로 분류된다. 구체적으로, 액체 기반의 SLA(Stereolithograpy) 방식, 고체 기반의 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식, 잉크젯 방식, SLS(Selective Laser Sintering) 방식, LOM(Laminated Object Manufacturing) 방식, EBM(Electron Beam Melting) 방식 및 DMLS(Direct Metal Laser Sintering) 방식 등이 있다.

여기서, SLA 방식은 높은 정밀도를 가지며 3D 조형물의 고형화 과정 중 안정적인 구조를 유지할 수 있는 장점이 있으나 조형 소재의 손실이 크고 가격이 비싼 단점이 있다. FDM 방식이나 잉크젯 방식 등 기타 방식은 SLA 방식에 비해 상대적으로 저렴하며 조형 소재의 손실이 작다는 장점이 있다. 그러나, FDM 방식이나 잉크젯 방식은 조형시 3D 조형물을 지지하기 위한 서포터를 별도로 추가하여 고형화한 후 추후 이를 제거하는 공정을 요구한다. 이에 따라, 이러한 방식 등에서는 3D 조형물을 조형하는 시간 외에 서포터를 조형하기 위한 시간 및 추후 제거되어야 하는 서포터를 생산하기 위해 조형 소재가 낭비되는 문제가 있다.

그러므로, 3D 프린터에서 조형 소재의 손실을 줄이고 시간과 비용을 절감하면서 조형시 안정적으로 3D 조형물을 지지할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 조형 소재의 손실을 줄이고 시간과 비용을 절감하면서 조형시 안정적으로 3D 조형물을 지지할 수 있는 3D 프린터를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터는, 수용 공간이 마련되는 수조 케이싱; 상기 수조 케이싱의 상기 수용 공간에서 상하로 이동 가능하게 구비되며, 3D 조형물 조형을 위한 조형 소재를 분사하여 적층시키는 노즐 유닛; 및 상기 노즐 유닛을 제어하기 위한 제어 유닛;을 포함하며, 상기 수조 케이싱의 상기 수용 공간에는, 상기 3D 조형물 조형시 상기 적층되는 3D 조형물을 지지하기 위한 지지 액체가 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 제공한다.

상기 수조 케이싱은, 외관을 형성하는 제1 수조; 및 상기 수용 공간을 형성하며, 상기 제1 수조와 연통되게 상기 제1 수조 내에 구비되는 제2 수조;를 포함할 수 있다.

상기 노즐 유닛은, 상기 조형 소재를 분사하는 노즐 헤드; 상기 노즐 헤드의 조형 소재 분사에 따른 상기 3D 조형물이 적층되는 노즐 베이스; 상기 노즐 베이스를 상하로 이동시키기 위한 구동부; 및 상기 구동부를 상기 노즐 헤드 및 상기 노즐 베이스 중 적어도 하나와 연결하며, 상기 구동부의 동작에 따라 상하로 이동되는 구동 샤프트;를 포함할 수 있다.

상기 지지 액체는, 상기 노즐 유닛의 비구동시, 상기 노즐 베이스의 상단부보다 낮은 높이로 상기 수용 공간에 채워질 수 있다.

상기 노즐 유닛은, 수용 공간의 상측에서부터 3D 조형물의 적층을 수행하는 제1 적층 모드 및 상기 수용 공간의 하측에서부터 3D 조형물의 적층을 수행하는 제2 적층 모드 중 적어도 어느 하나의 적층 모드로 동작할 수 있다.

상기 제1 적층 모드시, 상기 구동 샤프트는 상기 노즐 베이스와 상기 구동부를 연결할 수 있다.

상기 제1 적층 모드시, 상기 노즐 베이스는 상기 수용 공간의 하측으로 이동하여 상기 지지 액체 내에 배치되며, 상기 3D 조형물의 일부는 상기 지지 액체를 통해 지지될 수 있게 상기 지지 액체 내에 배치될 수 있다.

상기 지지 액체는, 상기 수용 공간의 상단부 가까이까지 채워진 상태에서 상기 노즐 베이스의 하강에 따라 일부가 상기 제1 수조로 유동할 수 있다.

상기 제1 수조로 유동하는 상기 지지 액체의 양은 상기 노즐 베이스 및 상기 적층되는 3D 조형물의 부피에 따라 결정될 수 있다.

상기 제1 수조에는 상기 제2 수조로부터 유동된 지지 액체를 수용하기 위한 보충 수조부가 구비될 수 있다.

상기 보충 수조부는 상기 제2 수조를 둘러싸며, 상기 보충 수조부의 상단부는 상기 제2 수조의 상단부보다 높을 수 있다.

상기 제2 적층 모드시, 상기 구동 샤프트는 상기 노즐 헤드와 상기 구동부를 연결할 수 있다.

상기 제2 적층 모드시, 상기 노즐 헤드는 상기 조형 소재를 분사하면서 상기 수용 공간의 상측으로 이동하며, 상기 3D 조형물의 일부는 상기 지지 액체를 통해 지지될 수 있게 상기 지지 액체 내에 배치될 수 있다.

상기 제1 수조에는 상기 지지 액체가 수용되며, 상기 제1 수조에 수용된 상기 지지 액체는, 상기 3D 조형물의 적층시 상기 제2 수조 내로 유동할 수 있다.

상기 제1 수조에는, 상기 제2 수조 내로 상기 지지 액체를 유동시키며, 상기 제어 유닛과 연결되는 펌프 유닛이 구비될 수 있다.

상기 제2 수조에는, 상기 지지 액체의 수위를 조절하며, 상기 제어 유닛과 연결되는 수위 조절 센서가 구비될 수 있다.

상기 제1 수조에는, 상기 제2 수조로부터의 불순물을 필터링하기 위한 필터 유닛이 구비될 수 있다.

상기 제1 수조에는 상기 제2 수조를 연결하는 연결 유로가 형성되며, 상기 필터 유닛은 상기 연결 유로에 구비될 수 있다.

상기 지지 액체는 상기 조형 소재와 다른 극성을 가질 수 있다.

상기 지지 액체는 불연소성 물질일 수 있다.

이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 조형 소재의 손실을 줄이고 시간과 비용을 절감하면서 조형시 안정적으로 3D 조형물을 지지할 수 있는 3D 프린터를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 6은 도 1의 3D 프린터의 제1 적층 모드에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 11은 도 1의 3D 프린터의 제2 적층 모드에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 1의 3D 프린터를 제어하는 모바일 디바이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 13 내지 도 24는 도 12의 모바일 디바이스를 통한 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 3D 프린터(10)는, 수조 케이싱(100), 노즐 유닛(200), 수위 조절 센서(300), 펌프 유닛(400), 필터 유닛(500) 및 제어 유닛(600)을 포함한다.

수조 케이싱(100)은 수용 공간을 마련할 수 있는 형상으로 구비된다. 이러한 수조 케이싱(100)은 제1 수조(110) 및 제2 수조(160)를 포함한다.

제1 수조(110)는 수조 케이싱(100)의 외관을 형성한다. 이러한 제1 수조(110)는 보충 수조부(120) 및 연결 유로(130)를 포함한다.

보충 수조부(120)는 후술하는 제2 수조(160)를 둘러싼다. 보충 수조부(120)에는 제2 수조(160)로부터 유동된 지지 액체(L)를 수용하거나 또는 보충적으로 지지 액체(L)를 수용할 수 있는 내부 공간이 마련된다.

보충 수조부(120)의 상단부(122)는 제2 수조(160)의 상단부(162)보다 소정 높이(h)로 높게 형성된다. 즉, 제1 수조(110)의 상단부(122)는 제2 수조(160)의 상단부(162)보다 높게 형성된다. 이에 따라, 제2 수조(160)로부터 넘쳐 유동되는 지지 액체(L)가 제1 수조(110) 밖으로 넘치는 것을 방지할 수 있다.

연결 유로(130)는 제1 수조(110)와 제2 수조(160)를 연결한다. 이에 따라, 지지 액체(L)는 제1 수조(120)와 제2 수조(160)에서 순환될 수 있다. 이러한 연결 유로(130)에는 후술하는 펌프 유닛(400) 및 필터 유닛(500)이 구비된다.

제2 수조(160)는 제1 수조(110) 내에 구비되며, 지지 액체(L)를 수용할 수 있는 수용 공간을 형성한다. 제2 수조(160)는 연결 유로(130)를 통해 제1 수조(110)와 연통된다.

여기서, 제2 수조(160)의 수용 공간에 수용되는 지지 액체(L)는 3D 조형물 조형시 적층되는 3D 조형물을 지지하기 위한 액체이다. 지지 액체(L)는 3D 조형물 조형시, 적층되는 3D 조형물이 중력에 의해 무너지는 것을 방지하고, 조형시 고온의 3D 조형물을 냉각함과 아울러 조형물의 표면을 부드럽게 할 수 있다.

이러한 지지 액체(L)는 조형 소재와 섞이지 않도록 조형 소재와 다른 극성을 갖는 액체로 구비될 수 있다. 즉, 조형 소재가 극성이면 무극성으로 구비되고, 조형 소재가 무극성이면 극성으로 구비될 수 있다.

아울러, 지지 액체(L)는 불연소성 물질로 구비된다. 이는 3D 조형물 조형시, 조형 소재의 마찰 및 후술하는 노즐 헤드(240)의 열에 의해 발생할 수 있는 화재를 방지하기 위함이다.

이처럼, 본 실시예에서는 3D 조형물 조형시, 적층되는 3D 조형물을 지지 액체(L) 통해 지지하는 바, 3D 조형물 지지를 위해 별도로 추가적인 서포터가 마련되지 않아도 안정적으로 적층되는 3D 조형물을 지지할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 3D 조형물 조형시, 별도의 서포터를 조형하기 위한 시간 및 추후 제거되어야 하는 서포터를 생산하기 위해 조형 소재가 낭비되는 것을 방지할 수 있다.

결국, 본 실시예에 따른 3D 프린터(10)는 3D 조형물의 제조 효율 및 제조 비용을 현저히 개선할 수 있다.

다시 3D 프린터(10)의 구성을 살펴 보면, 노즐 유닛(200)은 3D 조형물의 조형을 위한 것으로서, 조형을 위한 조형 소재를 분사하여 적층시켜 3D 조형물을 구현한다. 이러한 노즐 유닛(200)은 수조 케이싱(100), 구체적으로, 제2 수조(160)의 수용 공간에서 상하로 이동 가능하게 구비된다.

노즐 유닛(200)은 수조 케이싱(100)의 수용 공간, 구체적으로, 제2 수조(160)의 수용 공간에서 상하로 이동 가능하게 구비되며, 3D 조형물 조형을 위한 조형 소재를 분사하여 적층시킨다. 여기서, 조형 소재는 3D 조형물 조형을 위한 다양한 재료일 수 있다.

이러한 노즐 유닛(200)은, 노즐 베이스(210), 구동부(220), 구동 샤프트(230) 및 노즐 헤드(240)를 포함한다.

노즐 베이스(210)에는 3D 조형물 조형시 노즐 헤드(240)로부터의 조형 소재 분사에 따른 3D 조형물이 적층된다. 노즐 베이스(210)에 적층된 3D 조형물은 조형시, 노즐 베이스(210)의 상측으로 적층되면서 목표하는 3D 조형물을 구현하게 된다. 한편, 지지 액체(L)는 노즐 유닛(200)의 비구동시, 노즐 베이스(210)의 상단부보다 낮은 높이로 수용 공간에 채워진다. 노즐 베이스(210)의 상단부보다 높게 지지 액체(L)가 채워질 경우, 노즐 유닛(200)의 구동시, 3D 조형물의 조형에 방해를 받을 수 있기 때문이다.

구동부(220)는 후술하는 제어 유닛(600)과 연결되며, 노즐 베이스(210) 및 노즐 헤드(240)의 이동을 제어한다. 예로써, 구동부(220)는 노즐 베이스(210)와 노즐 헤드(240)의 상하 이동을 제어할 수 있다.

구동 샤프트(230)는 노즐 베이스(210)와 노즐 헤드(240) 중 적어도 하나를 구동부(220)를 연결하며, 구동부(220)의 동작에 따라 상하로 이동된다. 이에 따라, 노즐 베이스(210)와 노즐 헤드(240) 중 적어도 하나는 상하로 이동할 수 있다.

노즐 헤드(240)는 3D 조형물의 조형을 위한 조형 소재를 노즐 베이스(210)를 향해 분사한다. 이러한 노즐 헤드(240)는 별도 구조물 등의 고정 장착되거나 또는 구동 샤프트(230)에 상하 이동 가능하게 장착될 수 있다.

이러한 구성들로 이루어진 노즐 유닛(200)은 노즐 헤드(240)의 조형 소재 분사에 따른 3D 조형물의 적층시, 제1 적층 모드 및 제2 적층 모드 중 적어도 어느 하나의 적층 모드로 동작할 수 있다.

제1 적층 모드는 제2 수조(160)의 수용 공간의 상측에서부터 3D 조형물의 적층을 수행하는 적층 모드이며, 제2 적층 모드는 제2 수조(160)의 수용 공간의 하측에서부터 3D 조형물의 적층을 수행하는 적층 모드이다.

제1 적층 모드시, 노즐 유닛(200)의 구동 샤프트(230)는 노즐 베이스(210)와 구동부(220)를 연결할 수 있다. 이에 따라, 노즐 베이스(210)는 제2 수조(160)의 수용 공간 내에서 상하로 이동할 수 있다.

제1 적층 모드시, 노즐 베이스(210)는 제2 수조(160)의 수용 공간의 하측으로 이동하여 지지 액체(L) 내에 배치된다. 그리고, 노즐 베이스(210)에 적층되는 3D 조형물의 일부는 지지 액체(L)를 통해 지지될 수 있게 지지 액체(L) 내에 배치된다.

그리고, 제1 적층 모드시, 지지 액체(L)는 제2 수조(160)의 상단부 가까이까지 채워진 상태에서 노즐 베이스(210)의 하강에 따라 일부가 제1 수조(110), 구체적으로, 보충 수조부(120)로 유동할 수 있다. 즉, 보충 수조부(120)로 흘러 넘칠 수 있다. 이때, 보충 수조부(120)로 유동하는 지지 액체(L)의 양은 노즐 베이스(210) 및 적층되는 3D 조형물의 부피 등에 따라 결정된다.

제2 적층 모드시, 노즐 유닛(200)의 구동 샤프트(230)는 구동부(220)와 노즐 헤드(240)를 연결할 수 있다. 이에 따라, 노즐 헤드(240)는 3D 조형물 조형을 위한 조형 소재를 분사하면서 제2 수조(160)의 수용 공간 내에서 상하로 이동할 수 있다. 그리고, 노즐 베이스(210)에 적층되는 3D 조형물의 일부는 지지 액체(L)를 통해 지지될 수 있게 지지 액체(L) 내에 배치된다.

제2 적층 모드시, 제1 수조(110)에는 지지 액체(L)가 수용된다. 여기서, 제1 수조(110)에 수용된 지지 액체(L)는 3D 조형물의 적층시 제2 수조(160) 내로 유동한다. 이때, 후술하는 펌프 유닛(400)은 제1 수조(110)의 지지 액체(L)를 제2 수조(160) 내로 유동시키기 위한 유동력을 제공한다.

수위 조절 센서(300)는 제2 수조(160) 내의 지지 액체(L)의 수위를 조절하기 위한 것으로서, 제2 수조(160) 내에 구비되며 제어 유닛(600)과 연결된다. 수위 조절 센서(300)는 제1 적층 모드시 최초 제2 수조(160)의 수위를 감지하며, 제2 적층 모드시 3D 조형물의 조형 시작부터 종료까지 제2 수조(160)의 수위를 감지한다.

펌프 유닛(400)은 지지 액체(L)의 유동을 위한 유동력을 제공한다. 펌프 유닛(400)은 제1 수조(110)의 연결 유로(130)에 구비되며, 제어 유닛(600)과 연결된다.

필터 유닛(500)은 제2 수조(160)로부터의 분술물 등을 필터링하기 위한 것으로서, 제1 수조(110)의 연결 유로(130)에 구비된다. 이에 따라, 제2 수조(160)로부터 3D 조형물 조형을 위한 조형 소재나 잔존 조형물 등 불순물은 필터 유닛(500)에 의해 필터링되어 제1 수조(110)로 흘러 들어가지 않을 수 있다.

제어 유닛(600)은 노즐 유닛(200), 수위 조절 센서(300), 펌프 유닛(400) 및 기타 3D 프린터의 각종 부품들의 전반적인 동작을 제어한다. 이러한 제어 유닛(600)은 노즐 유닛(200)의 구동, 수위 조절 센서(300) 및 펌프 유닛(400)의 동작을 제어할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 구체적인 동작에 대해 자세히 설명한다.

도 2 내지 도 6은 도 1의 3D 프린터의 제1 적층 모드에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 제1 적층 모드에 따른 3D 조형물 조형시, 3D 프린터(10)는 제2 수조(160)의 수용 공간 내에 지지 액체(L)를 거의 가득 채운다. 이때, 지지 액체(L)는 제2 수조(160)의 상측에서 채워지거나 또는 펌프 유닛(400)의 구동을 통해 제1 수조(110)에서부터 제2 수조(160) 내로 유입될 수 있다.

이때, 노즐 유닛(200)의 노즐 베이스(210)는 제2 수조(160)의 상단부 측에 배치된다. 여기서, 지지 액체(L)는 노즐 베이스(210)의 상면을 넘지 않을 정도로 제2 수조(160)의 수용 공간에 채워진다. 이를 위한 지지 액체(L)의 수위는 수위 조절 센서(300)의 수위 감지를 통해 적절히 조절될 수 있다.

도 3을 참조하면, 노즐 유닛(200)의 노즐 헤드(240)은 3D 조형물 조형을 위한 조형 소재를 분사하여 노즐 베이스(210) 위에 제1 층 조형물(S1)을 완성한다.

도 4를 참조하면, 제1 층 조형물(S1)이 완성되면, 노즐 유닛(200)의 구동부(220)는 노즐 베이스(210)를 하측으로 이동시킬 수 있게 구동 샤프트(230)를 하강시킨다. 구동 샤프트(230)의 하강은 제1 층 조형물(S1)이 지지 액체(L)에 잠길 때까지 이루어진다. 여기서, 구동 샤프트(230)의 하강은 제1 층 조형물(S1)의 최상단부가 지지 액체(L)에 잠기지 않을 때까지 이루어진다. 노즐 베이스(210) 및 제1 층 조형물(S1)의 하강에 따라 지지 액체(L)의 일부는 자연스럽게 흘러 넘쳐 제1 수조(110)의 보충 수조부(120)에 담기게 된다.

도 5를 참조하면, 노즐 유닛(200)의 노즐 헤드(240)는 제1 층 조형물(S1) 위에 조형 소재를 분사하여 제1 층 조형물(S1) 위에 제2 층 조형물(S2)을 완성한다.

도 6을 참조하면, 제2 층 조형물(S2)의 완성되면, 노즐 유닛(200)의 구동부(220)는 노즐 베이스(210)를 다시 하측으로 이동시킬 수 있게 구동 샤프트(230)를 하강시킨다. 구동 샤프트(230)의 하강은 제2 층 조형물(S2)이 지지 액체(L)에 잠길 때까지 이루어진다. 여기서, 구동 샤프트(230)의 하강은 제2 층 조형물(S2)의 최상단부가 지지 액체(L)에 잠기지 않을 때까지 이루어진다. 노즐 베이스(210), 제1 층 조형물(S1) 및 제2 층 조형물(S2)의 하강에 따라, 지지 액체(L)의 일부는 다시 자연스럽게 흘러 넘쳐 제1 수조(110)의 보충 수조부(120)에 담기게 된다.

제1 적층 모드는 이상과 같은 과정을 반복하여, 최종 층까지의 조형물 적층을 완료되면 종료된다. 이후, 완성된 3D 조형물은 제2 수조(160)에서 꺼내어진다.

이처럼, 본 실시예에 따른 3D 프린터(10)는 3D 조형물 조형시 지지 액체(L)를 통해 적층되는 조형물을 안정적으로 지지하면서 3D 조형물을 제조할 수 있다. 이와 같은 본 실시예에 따른 방식은 잉크젯 방식이나 FDM 방식 등 조형물을 적층하면서 3D 조형물을 조형하는 방식에서 사용될 수 있다.

도 7 내지 도 11은 도 1의 3D 프린터의 제2 적층 모드에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 제2 적층 모드에 따른 3D 조형물 조형시, 3D 프린터(10)는 노즐 유닛(200)의 노즐 베이스(210)의 제2 수조(160)의 하단측에 배치시킨다. 그리고, 3D 프린터(10)는 제2 수조(160)의 수용 공간에 지지 액체(L)를 채운다. 이때, 3D 프린터(10)는 지지 액체(L)를 노즐 베이스(210)의 상단부보다 낮은 높이로 채운다.

제1 수조(110)로부터 제2 수조(160) 내로의 지지 액체(L)로의 유동은 펌프유닛(400)을 통해 이루어질 수 있다. 그리고, 지지 액체(L)의 높이는 수위 조절 센서(300)에 의해 감지될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 노즐 베이스(210)가 생략되어도 무방하다. 노즐 베이스(210)가 생략될 경우, 지지 액체(10)는 후술하는 제1 층 조형물(S1, 도 8 참조) 완성 후 제1 층 조형물(S1)보다 낮은 높이로 제2 수조(160)의 수용 공간에 채워질 수 있다.

도 8을 참조하면, 노즐 유닛(200)의 노즐 헤드(240)는 3D 조형물 조형을 위한 조형 소재를 분사하여 노즐 베이스(210) 위에 제1 층 조형물(S1)을 완성한다.

도 9를 참조하면, 제1 층 조형물(S1)이 완성되면, 노즐 유닛(200)의 구동부(220)는 노즐 헤드(240)를 상측으로 이동시킬 수 있게 구동 샤프트(230)를 상승시킨다.

이와 더불어, 3D 프린터(10)는 제1 층 조형물(S1)이 지지 액체(L)에 잠길 수 있게 제1 수조(110)로부터 지지 액체(L)를 제2 수조(160)로 유동시킨다. 여기서, 지지 액체(L)는 제1 층 조형물(S1)의 최상단부가 지지 액체(L)에 의해 잠기지 않는 높이까지 제2 수조(160) 내로 유동된다. 마찬가지로, 지지 액체(L)의 유동은 펌프 유닛(400)을 통해 이루어질 수 있고, 지지 액체(L)의 높이는 수위 조절 센서(300)에 의해 감지될 수 있다.

도 10을 참조하면, 노즐 유닛(200)의 노즐 헤드(240)는 제1 층 조형물(S1)위에 조형 소재를 분사하여 제1 층 조형물(S1) 위에 제2 층 조형물(S2)을 완성한다.

도 11을 참조하면, 제2 층 조형물(S2)이 완성되면, 노즐 유닛(200)의 구동부는 다시 노즐 헤드(240)를 상측으로 이동시킬 수 있게 구동 샤프트(230)를 상승시킨다.

이와 더불어, 3D 프린터(10)는 제2 층 조형물(S2)이 지지 액체(L)에 잠길 수 있게 다시 제1 수조(110)로부터 지지 액체(L)를 제2 수조(160)로 유동시킨다. 여기서, 지지 액체(L)는 제2 층 조형물(S2)의 최상단부가 지지 액체(L)에 의해 잠기지 않는 높이까지 제2 수조(160) 내로 유동된다. 마찬가지로, 지지 액체(L)의 유동은 펌프 유닛(400)을 통해 이루어질 수 있고, 지지 액체(L)의 높이는 수위 조절 센서(300)에 의해 감지될 수 있다.

제2 적층 모드는 이상과 같은 과정을 반복하여, 최종 층까지의 조형물 적층을 완료되면 종료된다. 이후, 완성된 3D 조형물은 제2 수조(160)에서 꺼내어진다.

이처럼, 본 실시예에 따른 3D 프린터는 다양한 적층 모드에 따라 별도의 서포터 없이 안정적인 3D 조형물의 조형을 구현할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터와 연계되는 모바일 디바이스를 활용한 다양한 실시예들에 대해 설명한다.

도 12는 도 1의 3D 프린터를 제어하는 모바일 디바이스를 설명하기 위한 도면이다.

도 12를 참조하면, 3D 프린터(10)는 케이싱(12), 유입구(15) 및 디스플레이부(700)를 포함한다.

케이싱(12)은 3D 프린터(10)의 외관을 형성한가. 케이싱(12) 내에는 앞선 도면들에서 설명한 3D 프린터(10)를 이루는 각종 구성들이 내장될 수 있다. 케이싱(12)의 형상이나 모양은 설계에 따라 적절히 가변될 수 있다.

유입구(15)는 앞선 지지 액체(L) 및 조형 소재를 외부에서 3D 프린터(10) 내로 공급하기 위한 구성요소이다. 유입구(15)를 통해 지지 액체(L) 및 조형 소재는 3D 프린터(10) 내로 공급된다. 이러한 유입구(15)는 앞선 수조 케이싱(100, 도 1 참조) 및 노즐 유닛(200, 도 1 참조)에 각각 연결될 수 있다.

디스플레이부(700)는 3D 프린터(10)의 각종 정보 등을 시각적으로 사용자에게 제공한다. 이러한 디스플레이부(700)는 지지 액체(L)의 종류나 양, 조형 소재의 종류나 양 등 3D 프린터의 각종 정보를 시각적으로 표시하여 사용자에게 인지시킬 수 있다.

그리고, 이러한 구성들로 이루어진 3D 프린터(10)는 모바일 디바이스(50)와 무선 통신 가능하게 연결될 수 있다. 모바일 디바이스(50)는 3D 프린터(10)의 동작을 제어할 수 있는 다양한 어플리케이션을 구비하여 어플리케이션 조작으로 3D 프린터(10)의 다양한 동작들을 제어할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 모바일 디바이스(50)의 조작을 통해서도 3D 프린터(10)의 동작을 제어할 수 있다.

이하에서는, 모바일 디바이스(50)의 조작을 통해 다양한 3D 프린터(10)의 동작을 제어하는 다양한 실시예들에 대해 살펴 본다.

도 13 내지 도 24는 도 12의 모바일 디바이스를 통한 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.

도 13 내지 도 16을 참조하면, 사용자는 모바일 디바이스(50)에서 원하는 조형 소재를 선택하여 주문할 수 있다. 조형 소재는 다양하게 구비될 수 있고, 사용자는 사용하고자 하는 용도에 따라 필요에 따른 조형 소재를 모바일 디바이스(50)를 통해 주문하여 간편하게 결제할 수 있다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 사용자는 모바일 디바이스(50)에서 조형 소재에 적합한 지지 액체를 선택하여 주문할 수 있다. 모바일 디바이스(50)의 어플리케이션은 선택된 조형 소재에 알맞은 다양한 지지 액체들을 사용자에게 제공할 수 있다. 사용자는 이러한 지지 액체들 중에서 필요한 지지 액체를 선택하여 간편하게 주문 및 결제할 수 있다.

도 19를 참조하면, 모바일 디바이스(50)의 어플리케이션은 사용자의 조형 소재 선택시 그에 상응하는 최적의 지지 액체를 자동으로 함께 선택되도록 할 수 있다. 이 경우, 사용자는 조형 소재의 선택 만으로 그에 상응하는 지지 액체를 자동으로 선택할 수 있다.

도 20을 참조하면, 사용자는 모바일 디바이스(50)에 원하는 3D 조형물의 형상이나 모양을 선택할 수 있다. 도 21을 참조하면, 사용자는 터치 조작을 통해 박스 내의 샘플 화면에서 선택한 형상을 조절할 수 있다. 그리고, 사용자가 박스 이외 부분을 터치 조작하여 원래 선택 영역은 해제될 수 있다. 도 22를 참조하면, 모바일 디바이스(50)는 사용자가 선택한 사이즈에 따라 만들 수 있는 3D 조형물의 수량을 제공할 수 있다. 도 23을 참조하면, 모바일 디바이스(50)는 사용자가 현재 조형 소재의 양으로는 만들 수 없는 3D 조형물의 개수를 선택하면 경고 팝업을 사용자에게 제공할 수 있다.

도 24를 참조하면, 모바일 디바이스(50)는 지지 액체가 부족할 경우 이를 사용자에게 알림 등으로 제공할 수 있다. 즉, 지지 액체가 부족할 경우, 경고등을 점등하거나 알람 소리 등을 사용자에게 제공할 수 있다.

이처럼, 본 실시예에 따른 3D 프린터는 모바일 디바이스(50)와 무선 연결되어 모바일 디바이스(50) 조작을 통해서도 3D 프린터의 동작을 다양하게 제어할 수 있다. 앞서 설명한 실시예들은 예로써 제공된 것인 바, 앞선 실시예 이외의 3D 프린터에서 이루어질 수 있는 다양한 인터페이스들을 모바일 디바이스(50)의 어플리케이션 등으로 제공할 수 있음은 물론이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

10: 3D 프린터 100: 수조 케이싱
110: 제1 수조 120: 보충 수조부
130: 연결 유로 160: 제2 수조
200: 노즐 유닛 210: 노즐 베이스
220: 구동부 230: 구동 샤프트
240: 노즐 헤드 300: 수위 조절 센서
400: 펌프 유닛 500: 필터 유닛
600: 제어 유닛

Claims

3D 프린터에 있어서,
수용 공간이 마련되는 수조 케이싱;
상기 수조 케이싱의 상기 수용 공간에서 상하로 이동 가능하게 구비되며, 3D 조형물 조형을 위한 조형 소재를 분사하여 적층시키는 노즐 유닛; 및
상기 노즐 유닛을 제어하기 위한 제어 유닛;을 포함하며,
상기 수조 케이싱의 상기 수용 공간에는,
상기 3D 조형물 조형시 상기 적층되는 3D 조형물을 지지하기 위한 지지 액체가 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 수조 케이싱은,
외관을 형성하는 제1 수조; 및
상기 수용 공간을 형성하며, 상기 제1 수조와 연통되게 상기 제1 수조 내에 구비되는 제2 수조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제2항에 있어서,
상기 노즐 유닛은,
상기 조형 소재를 분사하는 노즐 헤드;
상기 노즐 헤드의 조형 소재 분사에 따른 상기 3D 조형물이 적층되는 노즐 베이스;
상기 노즐 베이스를 상하로 이동시키기 위한 구동부; 및
상기 구동부를 상기 노즐 헤드 및 상기 노즐 베이스 중 적어도 하나와 연결하며, 상기 구동부의 동작에 따라 상하로 이동되는 구동 샤프트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제3항에 있어서,
상기 지지 액체는,
상기 노즐 유닛의 비구동시, 상기 노즐 베이스의 상단부보다 낮은 높이로 상기 수용 공간에 채워지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제4항에 있어서,
상기 노즐 유닛은,
수용 공간의 상측에서부터 3D 조형물의 적층을 수행하는 제1 적층 모드 및 상기 수용 공간의 하측에서부터 3D 조형물의 적층을 수행하는 제2 적층 모드 중 적어도 어느 하나의 적층 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제5항에 있어서,
상기 제1 적층 모드시,
상기 구동 샤프트는 상기 노즐 베이스와 상기 구동부를 연결하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제6항에 있어서,
상기 제1 적층 모드시,
상기 노즐 베이스는 상기 수용 공간의 하측으로 이동하여 상기 지지 액체 내에 배치되며,
상기 3D 조형물의 일부는 상기 지지 액체를 통해 지지될 수 있게 상기 지지 액체 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제7항에 있어서,
상기 지지 액체는,
상기 수용 공간의 상단부 가까이까지 채워진 상태에서 상기 노즐 베이스의 하강에 따라 일부가 상기 제1 수조로 유동하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제8항에 있어서,
상기 제1 수조로 유동하는 상기 지지 액체의 양은 상기 노즐 베이스 및 상기 적층되는 3D 조형물의 부피에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제8항에 있어서,
상기 제1 수조에는 상기 제2 수조로부터 유동된 지지 액체를 수용하기 위한 보충 수조부가 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제10항에 있어서,
상기 보충 수조부는 상기 제2 수조를 둘러싸며,
상기 보충 수조부의 상단부는 상기 제2 수조의 상단부보다 높은 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제5항에 있어서,
상기 제2 적층 모드시,
상기 구동 샤프트는 상기 노즐 헤드와 상기 구동부를 연결하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제12항에 있어서,
상기 제2 적층 모드시,
상기 노즐 헤드는 상기 조형 소재를 분사하면서 상기 수용 공간의 상측으로 이동하며,
상기 3D 조형물의 일부는 상기 지지 액체를 통해 지지될 수 있게 상기 지지 액체 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제13항에 있어서,
상기 제1 수조에는 상기 지지 액체가 수용되며,
상기 제1 수조에 수용된 상기 지지 액체는,
상기 3D 조형물의 적층시 상기 제2 수조 내로 유동하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제2항에 있어서,
상기 제1 수조에는,
상기 제2 수조 내로 상기 지지 액체를 유동시키며, 상기 제어 유닛과 연결되는 펌프 유닛이 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제2항에 있어서,
상기 제2 수조에는,
상기 지지 액체의 수위를 조절하며, 상기 제어 유닛과 연결되는 수위 조절 센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제2항에 있어서,
상기 제1 수조에는,
상기 제2 수조로부터의 불순물을 필터링하기 위한 필터 유닛이 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제17항에 있어서,
상기 제1 수조에는 상기 제2 수조를 연결하는 연결 유로가 형성되며,
상기 필터 유닛은 상기 연결 유로에 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 지지 액체는 상기 조형 소재와 다른 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 지지 액체는 불연소성 물질인 것을 특징으로 하는 3D 프린터.