KR101628161B1 - 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3d 프린팅 시스템 및 블록 적층형 3d 프린팅 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템은 3D 모형을 설계하고 설계된 3D 모형의 설계 데이터를 생성하는 단말기 및 컴퓨터; 단말기 및 컴퓨터로부터 설계된 상기 3D 모형의 설계 데이터를 수신하여, 3D 모형에 사용될 블록의 종류와 수를 계산하고, 블락의 종류와 수에 따라 발생되는 비용을 정산하는 운영서버; 단말기 및 컴퓨터 또는 운영서버로부터 블록 적층 방식의 3D 모형 설계 데이터를 수신받아 3D 모형을 블록 자동공급 방식으로 프린팅하는 블록 적층형 3D 프린터; 및 단말기 및 컴퓨터와 운영 서버 그리고 블록 적층 방식의 3D 프린터 간의 데이터 전송을 담당하는 통신망을 포함하여 블록을 가이드 튜브를 통해 적층 순서에 맞추어 순차적으로 헤드부에 연속 공급하도록 구성하여 블록 로딩을 위한 헤드부 이동 시간을 제거함으로써 초고속으로 블록 적층할수 있는 효과가 있다.

Description

가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템 및 블록 적층형 3D 프린팅 방법{3D PRINTING SYSTEM USING BLOCK TYPE STRUCTURE AUTOMATIC SUPPLIED BY GUIDE TUBE AND THE METHOD FOR 3D PRINTING}
본 발명은 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템 및 블록 적층형 3D 프린팅 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모바일 디바이스(스마트폰 포함) 혹은 컴퓨터 등의 프로그램에서 다양한 블록을 선택하여 조립/적층 설계한 3D 디자인 작업들의 결과를 사이버 공간에서만 보고 사용하는 한계를 넘어서, 사이버 공간에서 만든 작품 혹은 이미지를 현실 세계에서 실물인 3D 모형으로 완성시켜 전달하여 줌으로써, 모바일 디바이스 혹은 컴퓨터 프로그램에서도 생산성과 창조성 확보라는 새로운 흐름과 문화적 유행을 만들어주어, 궁극적으로 모바일 기기로도 작품을 창작하는 영역까지 제공할 수 있도록 한 가이드 튜브를 통한 블록 자동 연속 공급 방식의 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템 및 블록 적층형 3D 프린팅 방법에 관한 것이다.
최근 제 3차 산업혁명을 유발할 기술로 주목받는 분야는 3D 프린팅 기술로, 3D 프린팅은 디지털 설계 도면과 3D 프린터만 있으면 누구나 전 세계 어디서든 필요한 제품 생산이 가능하여, 제조 공정의 획기적인 간소화를 통한 제조업 패러다임 변화의 핵심으로 주목받고 있다.
3D 프린팅 자체는 이미 1980 년대 말부터 생산현장에서 시제품 제작에 주로 이용되어 왔지만, 최근 소재 기술의 발달로 플라스틱 뿐만 아니라 유리, 금속, 음식물 재료 등으로까지 적용되면서 제작 범위가 다양해졌다.
수억 원대에 달했던 제품 가격이 수천만 원대로 하락하였으며 수백만 원대의 보급형 제품의 출시로 대중화가 눈앞에 있다.
개인의 요구가 다양화됨에 따라 기존의 표준화된 대량생산 공정으로는 생산하기 힘든 개인화된 제품들을 3D 프린터로 직접 제작할 수 있으며, 제조 산업에서는 제품 기획부터 시제품 구현까지의 시행착오가 획기적으로 단축되어 개발의 혁신이 가속화될 것으로 전망된다.
3D 프린팅 기술은 사용하는 재료가 액체인지 고체인지 혹은 파우더인지, 또 이 재료를 가지고 어떤 방식으로 형상을 만드느냐에 따라 분류된다. 3D 프린팅 기술은 지금까지 약 20가지의 방식이 상용화된 것으로 알려졌지만 공통점은 '미분'과 '적분'의 원리에 따라 만들어지고 있으며, 크게 3단계로 나뉜다. 먼저, 컴퓨터에서 3D 디자인 프로그램 등을 이용해 디자인한 후 이를 정해진 데이터 양식(STL 포맷 등)으로 저장하고, 3D 프린터는 이렇게 그려진 입체적인 디자인을 '미분'하듯이 얇은 가로 층으로 나눠 분석하고, 이후 디자인 파일에 그려진 형태대로 재료를 바닥부터 꼭대기까지 차곡차곡 쌓아올리게 되면 입체 모형이 완성된다.
즉 하나의 모형을 한없이 잘게 썰어 가는 미분과, 이 잘게 썰어진 조각을 합쳐 원래의 모형으로 환원시키는 적분의 원리를 모두 사용하고 있는 셈이다.
새로운 혁명 잠재력을 제공할 수 있는 3D 프린터를 공정 방식(고체, 액체, 파우더 기반) 별로 분류한 기존의 FDM(고체 기반, 수지압출법), SLS(파우더 기반 쾌속조형기술) 및 DLP, SLA(액체 기반, 광경화수지조형) 등이 상용화되었다.
FDM(수지압출법) 방식의 경우, 열에 녹는 고체 플라스틱과 같은 재료를 실타래처럼 뽑아 이것을 조금씩 녹여가며 쌓는 방식으로, 재료가 전후좌우 이동이 가능한 분사기에 삽입되면 분사기는 재료를 순간적으로 녹여 모형을 만드는 자리를 오가며 조금씩 재료를 분사해 형체를 만든다. 비용이 상대적으로 저렴하다는 장점과, 재료를 다양하게 투입할 수 있고 만들어진 모형의 내구성도 강한 편이지만 재료 분사기의 굵기 때문에 표면에 층이 확연히 드러나고 제작 속도도 오래 걸리며 정밀도가 아주 높지 않고, 완성된 제작물의 표면이 거칠기 때문에 표면을 다듬는 후처리 과정이 필요하다. 후처리 과정으로는 CNC 조각기를 사용하여 3D 입체 형태에 따라 절삭 및 연마 툴(Tool)로 표면을 가공하여 표면 상태를 개선시킬 수 있다.
SLA(광경화수지조형) 방식은 빛에 반응하는 액체 형태의 광경화성 플라스틱이 들어있는 수조에 레이저를 쏘아 한 층씩 굳히는 방법으로, 조형판이 수조 안에서 아래로 내려가면서 조금씩 굳어진 재료가 쌓이게 되므로, 표면이 매끄럽고 복잡하거나 섬세한 형상을 만드는 데 적합하지만 재료 가격과 비용이 고가인 문제점이 있다.
DLP(디지털광학기술) 방식은 레이저나 강한 자외선에 반응하는 광경화 플라스틱을 판 위에 얇게 분사해 가며 결과물을 얻는 방식으로, 분사된 액체는 분사기 양 옆에 달려 있는 자외선램프에 의해 즉시 굳게 되며 이렇게 굳은 층 위에 다시 원료를 분사해 가면서 쌓아올린다. 정밀도는 가장 높아 섬세한 표현까지 가능하지만 시간이 오래 걸리고 가격이 비싸다는 단점이 있다. 정밀도와 표면마감, 제작속도는 DLP 방식이 유리하지만 재료 강도는 FDM 방식이 유리하다. 이와 같이 3D 프린터는 입체적으로 그려진 물건을 마치 미분하듯이 가로로 1만 개 이상 잘게 잘라 분석한 데이터를 만들고, 아주 얇은 막(레이어)을 한 층씩 쌓아 물건의 바닥부터 꼭대기까지 완성한다. 잉크젯프린터가 빨강, 파랑, 노랑 세 가지 잉크를 조합해 다양한 색상을 만드는 것처럼 3D 프린터는 설계에 따라 레이어를 넓거나 좁게, 위치를 조절해 쌓아 올린다. 현재까지 개발된 3차원 프린터는 1시간당 1~3cm 내외의 높이를 쌓아 올릴 수 있으며, 레이어의 두께는 약 0.01~0.2 mm로 종이 한 장보다도 얇다. 레이어가 얇으면 얇을수록 물건이 더 정교해지지만 프린팅 시간이 오래걸리며, 적층하는 방식이로 모형을 만들어가므로 실제 곡면을 100% 완벽하게 재현하는 데는 한계가 있다. 즉, 현재까지 알려진 고체 및 액체 및 파우더 기반의 3D 프린팅 방식은 매우 느린 적층 속도, 약한 모형 강도(시작품으로 용도 제한), 재료 및 색상 혼용 어려움, 고난도 3D 그래픽 설계 기술이 필요하다는 근본적 문제점들이 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해, 새로운 제 4의 3D 프린팅 원리로 판단되는 블록 적층방식의 3D 프린팅 시스템 및 3D 프린팅을 위한 설계 데이터 생성 방법을 본 출원인에 의하여 특허 출원 10-2013-0107216호로 제시하였다.
그러나, 본 출원인에 의하여 특허 출원 10-2013-0107216호로 제시된 방식으로 블록 적층형 3D 프린팅을 하기 위해서는 헤더 및 구동장치가 블록이 위치해 있는 블록 피더 부분까지 매번 이동하여, 해당 블록을 집어 설계된 위치에 내려놓는 과정에서 대부분의 작업 시간이 소요된다는 문제점이 있다.
물론 헤드 개수를 복수 개로 증대시켜, 헤더 및 구동장치가 블록 피더 부분으로 이동시 한 번에 다수의 블록을 집도록 하면 작업 시간을 단축시킬 수 있지만 헤드 수를 증가시키는 데는 한계가 있다.
이와 함께 터치스크린과 모션센서, 10 메가픽셀급 카메라센서, 풀HD급(1920x1080) 고해상도 디스플레이, 2GHz급 옥타코어 프로세서를 갖춘 스마트폰의 대중화가 급격히 진행되고 있으며, 디스플레이도 4인치급을 벗어나 6인치에 이르고 있어 스마트폰과 함께 패블릿, 스마트패드, 태블릿PC 등과 같은 6인치 이상의 모바일 기기들이 등장하여 컴퓨터를 급격하게 대체하고 있는 만큼, 3D 그래픽 전문 기술을 배워야만 사용할 수 있는 현행 3D 프린팅의 사용자 접근성을 개선하여, 표준화된 블록들을 쌓는 방식(Voxel)으로 3D 모형을 디자인하도록 구성 모바일 기기로도 원하는 3D 모형을 쉽게 디자인할 수 있도록 제공할 필요가 있다.
대한민국 공개특허공보 제102009-0014395호(2009.02.10)
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 헤더 및 구동장치와 가이드 튜브를 연결하여 블록을 자동 공급하는 방식으로 전환함으로써 헤더 및 구동장치가 블록이 위치해 있는 블록 피더 부분까지 매번 이동할 필요가 없어 적층시간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템 및 블록 적층형 3D 프린팅 방법의 제공을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 3D 모형의 레이어별 작업 순서에 따라 다양한 색상과 형태 및 재질의 블록(릴 및 트레이 혹은 벌크 용기 등에 보관된)을 선택하여 순차적으로 정렬시켜 공급해 주는 장치를 블록 공급 수단에 추가하여, 순서대로 선별된 블록을 가이드 튜브로 설계한 3D 모형대로 적층하는 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템 및 블록 적층형 3D 프린팅 방법의 제공을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 블록적층 방식의 3D 프린팅에서 블록을 적층하여 모형 형태보다 약간 크게 105% 내외로 적층하여 제작하고, 5% 내외의 여유 체적을 별도의 CNC 공작기계 혹은 CNC 가공 기능을 3D 프린터에 내장시켜 정밀 가공 혹은 연마하는 형태로 최종 모형을 완성하는 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템 및 블록 적층형 3D 프린팅 방법의 제공을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템은 3D 모형을 설계하고 설계된 3D 모형의 설계 데이터를 생성하는 단말기 및 컴퓨터; 단말기 및 컴퓨터로부터 설계된 상기 3D 모형의 설계 데이터를 수신하여, 3D 모형에 사용될 블록의 종류와 수를 계산하고, 블락의 종류와 수에 따라 발생되는 비용을 정산하는 운영서버; 단말기 및 컴퓨터 또는 운영서버로부터 블록 적층 방식의 3D 모형 설계 데이터를 수신받아 3D 모형을 블록 자동공급 방식으로 프린팅하는 블록 적층형 3D 프린터; 및 단말기 및 컴퓨터와 운영 서버 그리고 블록 적층 방식의 3D 프린터 간의 데이터 전송을 담당하는 통신망을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 방법은 a 색상, 재질 및 형상이 상이하게 성형된 블록을 제작하는 단계, b 성형된 블록을 조합시켜 3D 모형을 수동 혹은 자동으로 디자인하는 단계, c 블록 적층형 3D 프린터가 외부 통신 수단를 통해 단말기 및 컴퓨터 또는 운영서버로부터 3D 프린팅 대상이 되는 `b`단계에서 디자인된 3D 모형의 설계 데이터를 수신받는 단계, d 블록 적층형 3D 프린터의 블록 공급 수단과 헤더 및 구동장치를 연결하여 블록을 연속적으로 이송하는 가이드 튜브가 설계 데이터에서 요구하는 성형된 블록들을 블록 공급 수단으로부터 공급받아 이송하는 단계, e 가이드 튜브를 통해 블록을 순차적으로 연속 공급받는 헤더 및 구동장치를 모션 제어 수단가 제어하여, 블록 공급 수단에서 공급되는 성형된 블록들을 작업 테이블의 설계된 좌표 위치에 헤더 및 구동장치의 블록 토출 수단으로 내려놓아 적층시켜 가면서 3D 모형를 쌓는 단계; 및 f 블록 적층형 3D 프린터의 본딩 및 융착 수단이 헤더 및 구동장치에 의해 적층되는 성형된 블록들을 고정시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템 및 블록 적층형 3D 프린팅 방법은 블록을 가이드 튜브를 통해 적층 순서에 맞추어 순차적으로 헤드부에 연속 공급하도록 구성하여 블록 로딩을 위한 헤드부 이동 시간을 제거함으로써 초고속으로 블록 적층할수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템 및 블록 적층형 3D 프린팅 방법은 현재 상용화된 3D 프린터의 느린 인쇄 속도, 낮은 강도, 다양한 색상 및 재질 사용 어려움 등의 문제점을 해결함으로써, 시제품을 넘어서 상용품에 근접한 품질의 3D 모형을 프린팅할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템 및 블록 적층형 3D 프린팅 방법은 여러 형태와 재질 및 색상의 블록을 릴 혹은 트레이 혹은 용기 단위로 별도 장착하고 해당 블록(일례로 256가지 칼라 블록)을 자동 선택하여 가이드 튜브에 연속 이송함으로써 해당 블록을 순차적으로 적층하여 다양한 재질과 색상의 3D 모형을 제작할 수 이 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템 및 블록 적층형 3D 프린팅 방법은 블록을 적층하여 모형 형태보다 105% 내외로 약간 크게 적층하여 제작하고 5% 내외를 CNC 공작기계로 정밀 가공 혹은 연마함으로써 설계한 모형에 근접한 3D 모형을 구현하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템 및 블록 적층형 3D 프린팅 방법은 모바일 기기의 프로그램에서 수행한 작업들의 결과를 사이버 공간에서 보고 사용하는 한계를 넘어서 디자인한 3D 모형을 현실 세계에서 실물로 즉시 만들 수 있게 되어 엔터테인먼트 요소와 함께 창작, 교육, 지능 개발 요소를 동시에 접목시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템 및 블록 적층형 3D 프린팅 방법은 모바일 기기에서 프로그램을 실행시켜 작업한 결과를 실물로 받아볼 수 있도록 하는 비즈니스라는 모바일 기기의 새로운 수익 모델로 개척할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템 및 블록 적층형 3D 프린팅 방법은 제공되는 다양한 형태의 블록을 사용하여 사용자가 창의적으로 컴퓨터 및 모바일 기기의 화면을 보면서 터치를 조작하여 조립해나갈 수 있으므로, 복잡한 3D 그래픽 기술과 달리 사용자가 쉽게 배울 수 있고 장소와 시간의 제한이 없고 불필요한 구매 및 재료의 낭비를 막을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 블록 연속 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템의 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템을 구성하는 3D 프린터의 실제 외형도, 및
도 3은 본 발명에 따른 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템을 구성하는 3D 프린터의 상세 블록도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 블록 연속 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템의 블록도 이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 블록 연속 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템은 3D 프린터(100), 단말기 및 컴퓨터(200), 운영서버(300) 및 유무선 통신망(400)을 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템을 구성하는 3D 프린터의 실제 외형도이다.
종래 FDM 방식의 3D 프린터는 플라스틱 와이어를 헤드와 연결하여 헤드에서 끌어온 와이어를 녹여서 적층하는 방식이지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 블록 적층형 3D 프린터는 블록 공급 수단(195), 가이드 튜브(130), 헤더 및 구동장치(140), 블록 토출구(121) 및, 작업테이블(110) 포함하여, 상기 헤더 및 구동장치(140)가 블록을 연속적으로 공급받아 적층할 수 있도록 구성된다.
상기 헤더 및 구동장치(120) 주변에 형성된 본딩 및 융착수단(150)는 블록에 본딩 재료가 미리 도포되어 있지 않은 경우 블록을 고정시켜야 되는 위치에 디스펜서를 이동시켜 본딩 재료를 분사하거나, 자외선(UV) 경화형 접착제로 본딩 처리하여 토출되는 해당 블록을 고정시키도록 한다.
도 3을 참조하여 본 발명에 따른 블록 연속 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린터에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 가이드 튜브를 통한 블록 자동공급 방식의 블록 적층형 3D 프린팅 시스템을 구성하는 3D 프린터의 상세 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 프린터(100)는 작업 테이블(110), 블록을 적층시키는 헤더 및 구동장치(140), 일단이 상기 헤더 및 구동장치(140)와 연결되어, 블록을 연속 공급하는 가이드 튜브(130), 상기 가이드 튜브(130)의 타단에 연결되어, 블록을 순차적으로 연속 공급하는 블록 공급 수단(195), 상기 헤더 및 구동장치(140)의 주변에 설치되어, 가이드 튜브(130)를 통해 상기 헤더 및 구동장치(140) 공급된 블록을 선택하여 작업 테이블(110)로 내리는 블록 토출 수단(120), 및 블록들을 상호 고정시키는 본딩 및 융착 수단(150)을 주된 구성으로 포함하고, 선택적으로 영상 처리 수단(160) 및 모션 제어 수단(180)을 포함한다.
먼저, 상기 작업 테이블(110)은 디자인한 3D 모형(190)을 적층하여 만들어지는 작업 공간이다.
여기서, 본 발명에 따른 블록 적층 방식은 작업테이블(110)에 양면테이프를 부착하고 양면테이프 위에 첫 번째 레이어의 블록들을 부착시켜 내려놓는 블록을 고정시킬 수 있어, 최종 레이어 블록 적층 작업이 완료된 후, 양면테이프를 떼어내면 3D 모형을 작업 테이블(110)에서 용이하게 분리할 수 있다.
하지만, 종래 FDM 방식의 3D 프린팅에서는 용융된 ABS나 PLA 등과 같은 플라스틱 재질의 필라멘트를 상기 작업테이블(110)에 고정시키기 위해 상기 작업테이블(110)의 표면을 200℃ 내외로 가열해야하는 등의 조건으로 안전성 우려와 완성된 3D 모형(190)을 작업 테이블(110)에서 분리하기 어렵다는 문제점이 있다.
상기 헤더 및 구동장치(140)에 한 이상의 상기 가이드 튜브(130)가 연결되어, 상기 가이드 튜브(130)를 통하여 블록을 연속적으로 공급하도록 구성한다. 상기 가이드 튜브(130)는 상기 헤더 및 구동장치(140)와 물리적으로 연결되어 이동하므로 유연한 재질로 구성되며, 상기 가이드 튜브(130) 내에서 블록이 이동할 수 있도록 충분한 내부 유격을 가지고 있다.
상기 헤더 및 구동장치(140)에 복수의 가이드 튜브(130)를 연결하면 다른 크기 및 색상 및 재질의 블록을 동시에 공급하도록 구성할 수 있다. 마치 FDM 3D 프린팅 방식에서 다른 색상의 필라멘트 와이어(wire)를 공급하기 위해 2개 이상의 상기 와이어 튜브(130)를 설치하는 방식과 유사하지만, 본 발명은 상기 가이드 튜브(130)의 단면 형태를 달리함으로써 색상뿐만 아니라 크기 및 재질이 다른 블록도 공급할 수 있다는 장점이 있다.
상기 블록 연속 자동공급 기능의 상기 가이드 튜브(130)에 블록을 연속적으로 공급하는 방식으로는 일반적으로 상기 헤드 및 구동장치(140) 보다 높은 위치에 설치되어 있는 상기 블록 공급 수단(195)에서 블록을 한 개씩 순차적으로 피드(Feed)시켜 공급하는 방법이 있다.
상기 블록 공급 수단(195)을 상기 헤드 및 구동장치(140)보다 낮은 위치에 설치하는 경우에는 블록을 한 개씩 강제적으로 피드(Feed)시켜 공급하는 수단이 추가되어야 한다.
즉, 블록 공급 수단(195)의 용기를 바울(bowl) 형태로 구성하고, 바울 안에 블록을 넣고 진동을 가하여 부품을 순차적으로 한 개씩 가이드 튜브로 이송시킬 수 있다.
또는, 블록 공급 수단(195)에 복수 개의 블록 보관 용기(릴 혹은 트레이 혹은 벌크 용기 형태)를 설치하여 적층 순서에 따라 각각의 블록 보관 용기에서 해당 블록을 선택, 가이드 튜브로 순차적으로 이송하는 방법이 제안될 수 있다.
이러한 방식으로 구성하면 상기 헤드 및 구동장치(140)는 순차적으로 이송된 각각의 블록을 정해진 위치에 적층할 수 있어 다양한 칼라 및 재질을 갖는 3D 모형을 제작할 수 있다.
상술한 바와 같이 복수의 블록 보관 용기(릴 혹은 트레이 혹은 벌크 용기 형태)를 설치하는 경우 블록은 색상과 크기 및 형태에 따라 상기 블록 보관 용기에 각각 보관하는데, 블록의 크기에 따라 전자 부품처럼 0402(0.4 x 0.2㎜), 0603, 1005, 1608, 2012 등과 같이 가로와 세로 크기로 명명하는데, 블록이 너무 작으면 작업량이 많아지므로 다양한 크기로 규격화할 필요가 있다.
일례로 0505(0.5 x 0.5㎜)에 높이 0.5㎜를 기본 블록 크기로 할 경우 0505, 1005, 1010, 1505, 1510, 1515, 2005, 2010, 2015, 2020과 같이 기본 블록의 배수가 되도록 큰 블록들을 만들면, 조립시 치수가 일치하지 않는 경우가 발생하지 않는다.
블록의 재질은 플라스틱뿐만 아니라 금속, 유리 등도 사용할 수 있으며, 색상도 일반 색상뿐만 아니라 메탈릭 컬러 등으로 다양하게 구성할 수 있다. 곡선 및 경사 구간을 구현하기 위해서는 초미세 블록을 사용하면 면의 거칠기를 최소화시킬 수 있다.
혹은, 원의 직경에 따라 1/4원 형태의 블록(높이는 동일)을 제공할 수 있는데 일례로 R10(반경 1.0㎜), R15, R20, R25, R30 등으로 규격화할 수 있다. 특수한 형태인 봉과 같은 블록도 적용할 수 있다. 모형 최소 크기 및 두께에 따라 블록을 적층 하지만 곡선 구간에서는 미세하게 적층되더라도 곡면이 거칠어 후가공이 필요하다.
상기 가이드 튜브(130)로부터 공급된 블록을 선택 해당 위치 좌표로 이동시켜 상기 작업 테이블(110)의 3D 모형(190)에 적층하는 상기 헤더 및 구동장치(140)에 설치된 블록 토출 수단(120)으로는, 헤더 및 구동장치(140) 하단에 작업 테이블(110) 방향으로 블록이 토출되는 토출구(121)를 설치하고, 상기 토출구(121) 상단에서 블록을 정렬 위치시키는 수단과 토출구 하단으로 블록을 밀어내는 수단(솔레노이드 밸브 혹은 모터와 같은 엑츄에이터)으로 구성된다. 상기 헤더 및 구동장치(140)에 복수의 상기 가이드 튜브(130)를 연결하여 다양한 블록이 공급될 경우 복수의 상기 블록 토출 수단(120)을 설치하여 각각의 토출구 위치를 제어하여 적층해야 하는 위치 좌표(X,Y)에 각각의 상기 토출구(121)를 위치시킨 후 해당 블록을 밀어내도록 구성한다.
이때, 복수의 상기 가이드 튜브(130)를 설치하고, 하나의 상기 토출구(121)를 통해 토출되도록 하는 경우, 복수의 상기 가이드 튜브(130)로부터 블록을 공급받아 하나의 상기 토출구(121)에 블록을 정렬 위치시키는 수단에서는 N(가이드 튜브 숫자):1 방식의 블록 선별 공급 수단을 통해 선택된 블록을 상기 토출구(121)로 보내는 것이 바람직하다.
또한, 상기 3D 모형(190)의 내부는 색상 및 재질이 중요하지 않으므로 상기 가이드 튜브(130) 통해 공급되는 블록을 이용하여 빠른 속도로 적층하고, 상기 3D 모형(190)의 외부는 색상 및 재질이 중요하므로 다양한 색상과 재질로 공급되는 별도의 릴 혹은 트레이 혹은 용기에서 블록을 선택하여 적층시키는 것이 바람직하다.
즉, 상기 3D 모형(190)의 내부는 헤더 및 구동장치(140)와 연결된 블록 연속 공급을 위한 가이드 튜브(130), 상기 가이드 튜브(130)로부터 공급된 블록을 선택하여 작업 테이블(110)로 내리는 헤더 및 구동장치(140)에 설치된 블록 토출 수단(120)을 통해 토출되는 블록으로 적층하고, 3D 모형(190)의 외부는 복수의 성형된 블록들이 보관되어 있는 릴 및 트레이 및 용기와 같은 블록 보관수단, 상기 릴 및 트레이 및 용기와 같은 블록 보관수단에 보관되어 있는 성형된 블록을 공급하는 블록 공급 피더, 상기 블록 공급 피더에서 공급되는 상기 성형된 블록을 선택하여 상기 작업 테이블(110)에서 작업중인 상기 3D 모형의(190)의 외부를 적층시키는 방식으로 구성한다.
블록들을 상호 고정시키는 본딩 및 융착 수단(150)으로는 몇 가지 방법이 제안될 수 있다. 쌓는 블록을 짧은 시간에 본딩 등으로 고정시키는 방법으로는 상기 가이드 튜브(120)내 상기 성형된 블록을 작업 테이블(110)에 내려놓기 전에 블록 간 접착해야 하는 면들에는 접착제를 도포하여 사용한다. 혹은 릴 혹은 트레이 같은 블록 보관 용기에는 포장(패키징) 전에 블록 하단에 접착 재료를 도포하여 보관하여 사용하도록 구성할 수 있다. 이 경우 블록이 릴 및 트레이에 붙지 않도록 블록 접착 면을 비접착성 테이프로 보호하거나, 혹은 UV(자외선) 경화형 접착재료를 도포하는 경우에는 UV 차단 필름으로 UV를 차단 보관하여 비접착 상태를 유지하도록 한다.
이와 함께 접착 재료에 따라 다른 형태의 경화 프로세스가 필요하다. 즉, 일반 접착 재료로 본딩 처리하는 경우 주변 환경 조건에 의하여 일정 시간 후에 접착 재료의 경화가 이루어지므로 상기 본딩 및 융착 수단(150)으로 경화를 촉진시키는 수단이 필요하다. 즉, 자외선(UV) 경화형 접착제로 본딩 처리하는 경우 상기 가이드 튜브(130)에서 공급되는 상기 본딩 처리된 블록 면들에 상기 본딩 및 융착 수단(150)으로 자외선을 조사하는 수단이 필요하다. 상기 본딩 및 융착 수단(150)을 헤드 및 구동장치(140) 밖의 특정 위치에 설치할 수도 있지만, 일례로 UV 혹은 열경화성 본딩 재료를 사용하는 경우에는 자외선 LED 햄프 혹은 열 경화수단 등을 헤드 및 구동장치(140)의 하단부인 토출구 주변에 설치할 수 있다.
성형된 블록들을 쌓아 고정시키기 위한 본딩 및 융착 수단(150)으로는 블록을 담그면 블록의 하단에 접착제를 묻힐 수 있는 접착처리수단을 특정 위치에 설치하여, 상기 헤더 및 구동장치(140)와 연결된 블록 연속 공급을 위한 상기 가이드 튜브(130), 상기 가이드 튜브(130)로부터 공급된 블록을 선택하여 작업 테이블(110)로 내리는 헤더 및 구동장치(140)에 설치된 사익 블록 토출 수단(120)을 통해 토출되는 블록을 상기 작업 테이블(110)에서 조립중인 상기 3D 모형(190)의 해당 설계된 위치에 토출 적층시키기 전에 접착처리수단으로 이동하여 블록 하단에 접착제를 묻히는 방법이 있다.
혹은, 블록을 내려놓는 위치에 접착 재료를 주사 혹은 분무하는 수단인 디스펜서(dispenser)를 상기 헤더 및 구동장치(140)에 설치하여, 상기 작업 테이블(110)에서 조립중인 상기 3D 모형(190)의 해당 설계된 위치에 블록을 내려놓기 전에 해당 위치에 접착 재료를 주사 혹은 분무하도록 하는 방법이 있다.
디스펜서는 블록에 따라 노즐 사이즈와 토출시간, 온도, 압력을 변화시켜 접착제의 양(일례로 액적 0.5mm 내외)을 조절해야 한다. 이 경우 상기 헤더 및 구동장치(140)가 설계된 위치 좌표로 이동, 디스펜서로 접착 재료를 분무 혹은 도포한 후에, 블록을 바로 토출시키는 프로세스로 구성할 수 있어 상기 헤더 및 구동장치(140)의 이동이 최소화되므로 적층 속도를 높일 수 있다.
혹은, 상기 본딩 및 융착 수단(150)은 상기 3D 모형(190)을 쌓는 작업 테이블(110)의 작업 영역(working space)에 블록 적층 작업을 시작하기 전에 본딩 재료를 도포하거나 작업 테이블에 양면 테이프 부착한다.
또한, 블록을 놓는 평면에 접착제를 주사 혹은 분무하는 수단을 설치하여 블록을 상기 헤더 및 구동장치(140)로 해당 층에 쌓는 것을 시작하기 전에 상기 작업 테이블(110)에서 작업 중인 상기 3D 모형(190)의 전체 혹은 쌓는 일정 부분들에 접착제를 미리 주사 혹은 분무해두는 방법이 있다. 이 경우 접착제 경화 시간 내에 적층을 완료하도록 구성한다.
즉, 상기 블록으로 해당 레이어를 전부 쌓은 후에는, 작업 구간 전체에 걸쳐 본딩 재료를 도포시키는 방법이 제공될 수 있다.
혹은, 상기 3D 모형(190)에 블록을 다 쌓고 모형 전체에 본딩 재료를 다시 도포함으로써, 블록 사이의 갭에 본딩 재료를 채워 보다 견고하게 조립되도록 구성한다.
혹은, 플라스틱 재질을 사용할 경우 중간 단계마다 혹은 최종 단계에서 초음파 융착으로 결합시키는 방법이 있으며, 블록의 형태도 단순 직육면체가 아닌 레고처럼 상호 결합하는 요철을 주어 접착 면적을 높일 수 있다.
상기 가이드 튜브(130)는 상기 블록 공급 수단(195)의 블록을 상기 헤더 및 구동장치(140)에 연속적으로 공급한다.
상기 헤더 및 구동장치(140)는 상단의 블록 공급 수단(195)의 블록을 상기 가이드 튜브(130)로 공급받아 블록 토출 수단(120)을 통하여 해당 블록을 상기 작업 테이블(110)에서 작업 중인 3D 모형(190)의 해당 위치에 적층시킨다.
이때, 상기 모션 제어수단(180)은 상기 헤더 및 구동장치(140)의 위치를 제어하여 블록 토출 수단(120)의 토출구(121)를 적층해야 하는 설계 위치로 이동시켜 적층을 제어한다.
또한, 상기 영상처리 수단(160)은 상기 작업 테이블(110)에서 작업 중인 3D 모형(195)의 블록 위치 좌표를 명확히 추출하는 영상처리를 통해 상기 헤더 및 구동장치(140)의 정확한 위치 결정 및 작업한 블록의 적층 상태를 판단한다.
상기 본딩 및 융착 수단(150)은 위에서 상세히 설명한 바와 같이 상기 헤더 및 구동장치(140)에 의해 적층되는 블록들을 고정시키는 수단으로, 접착제 및 경화 장치 등을 공급한다.
한편, 상기 외부 통신 수단(170)은 상기 유무선 통신망(400)을 통해 외부의 상기 단말기 및 컴퓨터(200) 또는 상기 운영서버(300)와 연결되어, 상기 단말기 및 컴퓨터(200) 또는 상기 운영서버(300)로부터, 설계된 모형의 설계데이터를 수신한다.
한편, 3D 프린터(100)에서 해당 층에 블록을 다 적층시키고 다음 층을 적층하기 위해 높이를 조정하는 방법으로 여러 방법이 있을수 있지만, 상기 3D 모형(190)의 최대 높이를 상기 헤더 및 구동장치(140)의 상하 이동 범위로 제한하는 경우 상기 헤더 및 구동장치(140)의 높이를 조정하여 실시한다.
한편, 상기 3D 프린터(100)는, 상기 모션 제어수단(180) 및 상기 헤더 및 구동장치(140)에 대하여, 상기 작업테이블(110)을 길이 방향으로 이동 제어하도록 구성하여 길이가 긴 상기 3D 모형(190)도 제작하도록 구성할 수 있다.
한편, 상기 헤더 및 구동장치(140)는 상단의 블록 공급 수단(195)의 블록을 공급받아 블록 토출 수단(120)을 통하여 해당 블록을 상기 작업 테이블(110)에서 작업 중인 3D 모형(190)의 해당 위치에 적층시키는데, 이 방식은 블록의 두께만큼 층이 형성되므로 곡면의 경우 표면이 거칠어진다. 이를 해결하기 위해 블록 적층 완료 후 표면을 CNC(Computerized Numerical Control) 장비로 가공하는 것이 바람직하다.
이 경우 블록 적층한 3D 모형의 형태가 실제 3D 모형보다 다소 크게(블록 재질에 따라 수% 내외, 일례로 강한 블록 재질은 절삭량이 적도록 2% 내외, 약한 재질은 5% 내외) 적층되어야 CNC 장비로 절삭 가공하여도 실제와 같은 크기의 3D 모형을 완성할 수 있다.
즉, 3D 프린터에서 3D 모형을 제작하고 분리한 후, 별도로 설치된 CNC 장비에 재설치 및 고정하여 가공할 수 있다. 이 경우 3D 모형의 CNC 장비에 고정하는 방식에 따라 가공 기준이 되는 기준 좌표 오차가 발생할 우려가 있다.
그러므로, 가장 바람직한 방법은 상기 헤더 및 구동장치(140)로 상기 작업 테이블(110)의 3D 모형 적층을 완료한 후, 헤더 및 구동장치에 절삭 공구(커터 혹은 연마 혹은 래핑 휠 등)를 끼워 3D 모형을 가공하도록 구성하는 방법이다.
혹은, 블록 적층용 헤드 및 구동장치와 절삭용(연마 및 래핑 가공 포함) 헤드 및 구동장치 2개를 각각 설치하여, 3D 모형 블록 적층이 완료된 경우에는 블록 적층용 헤드 및 구동장치 사용을 중단하고, 절삭용 헤드 및 구동장치로 전환시켜 3D 모형을 가공하도록 구성한다.
이 경우 제품 형태에 따라서는 3D 모형을 고정하는 상기 작업 테이블(110)을 회전시키도록 구성하여(5축 제어) 복잡한 형태를 가공할 수 있도록 구성한다.
블록을 적층할 때 형상에 따라 밑에서 쌓는 것으로는 연결할 수 없어 하단에서 지지하기 위한 서포터를 설치해야 하는데, 상기 작업테이블(110)을 회전 및 기울일 수 있도록 5축으로 구성하면 3D 프린팅시 서포터들을 제거할 수 있다는 장점이 있다.
이와 함께 상기 3D 모형(190)의 디자인 과정도 어려운 그래픽이 아닌 쉽게 블록을 조립하는 형태로 전환할 수 있어, 상기 단말기(200)는 고성능 컴퓨터가 아닌 모바일 기기에서도 3D 모형(190)의 디자인 가능한, 접근성이 높은 단말기이면 충분하다.
이하에서 상술한 상기 가이드 튜브(130)를 통해 적층 순서에 맞추어 순차적으로 헤드부에 블록을 연속 공급하도록 구성한 3D 프린터(100)와 컴퓨터 혹은 단말기(200)구성에 의한 블록 적층형 3D 프린팅 방법에 대하여 설명한다.
색상 및 재질 및 형상이 다른 블록을 제작하는 단계; 및 색상 및 재질 및 형상이 다른 블록을 조합시켜 컴퓨터 혹은 단말기(200)로 개인화된 3D 모형(190)을 수동 혹은 자동으로 디자인하는 단계;가 선행된 후, 상기 블록 적층형 3D 프린터(100)의 외부 통신 수단(170)이 단말기 및 컴퓨터(200) 또는 상기 운영서버(300)로부터 상기 3D 프린팅 대상이 되는 3D 모형의 설계 데이터를 수신받는 단계를 수행한다(S100).
상기 3D 프린터(100)의 가이드 튜브(130)가 상기 설계 데이터에서 요구하는 성형 블록들을 블록 공급 수단(릴 및 트레이 및 벌크 용기 등)으로부터 공급하는 단계를 수행한다(S200).
블록 연속 공급을 위한 상기 헤더 및 구동장치(140)와 연결된 상기 가이드 튜브(130)과 상기 가이드 튜브(130)에 블록을 순차적으로 연속 공급하는 상기 블록 공급 수단(195) 및 상기 가이드 튜브(130)로부터 공급된 블록을 선택하여 상기 작업 테이블(110)로 내리는 상기 헤더 및 구동장치(140) 및 위치 제어를 상기 모션 제어 수단(180)의 제어에 따라 상기 블록 공급 수단(195)에서 공급되는 성형된 블록들을 상기 작업 테이블(110)의 설계된 좌표 위치에 상기 헤더 및 구동장치(140)에 설치된 블록 토출 수단(120)으로 내려놓아 적층시켜 가면서 3D 모형(190)를 쌓는 단계를 수행한다(S300).
상기 3D 프린터(100)의 본딩 및 융착 수단(150)이 상기 헤더 및 구동장치(140)에 의해 적층되는 상기 성형된 블록들을 고정시키는 단계를 수행한다(S400).
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실 시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 3D 프린터 110 : 작업 테이블
115 : 상하/길이방향 이동수단 120 : 블록 토출 수단
130 : 가이드 튜브 140 : 헤더 및 구동장치
150 : 본딩 및 융착 수단 160 : 영상 처리 수단
170 : 외부 통신 수단 180 : 모션 제어 수단
190 : 3D 모형 195 : 블록 공급 수단
200 : 단말기 및 컴퓨터
300 : 운영서버
400 : 유무선 통신망

Claims (29)

  1. 색상, 재질, 및 형상에 따라 상이한 종류의 블록들의 적층위치 및 적층순서를 정하여, 3D 모형(190)을 설계하고 설계된 상기 3D 모형(190)의 설계 데이터를 생성하는 단말기 및 컴퓨터(200);
    상기 단말기 및 컴퓨터(200)로부터 설계된 상기 3D 모형(190)의 설계 데이터를 수신하여, 상기 3D 모형(190)에 사용될 블록의 종류와 수를 계산하고, 상기 블록의 종류와 수에 따라 발생되는 비용을 정산하는 운영서버(300);
    상기 단말기 및 컴퓨터(200) 또는 상기 운영서버(300)로부터 블록 적층 방식의 3D 모형 설계 데이터를 수신받아 상기 블록의 공급을 통해 상기 3D 모형(190)을 프린팅하는 블록 적층형 3D 프린터(100); 및
    상기 단말기 및 컴퓨터(200)와 상기 운영 서버(300) 그리고 상기 블록 적층 방식의 3D 프린터(100) 간의 데이터 전송을 담당하는 통신망(400);을 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 적층방식의 3D 프린팅 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 블록 적층형 3D 프린터(100)는,
    상기 단말기 및 컴퓨터(200) 또는 상기 운영서버(300)로부터 상기 3D 모형(190)의 설계 데이터를 수신받는 상기 3D프린터(100)의 외부 통신 수단(170);
    상기 설계 데이터의 3D 모형(190)을 조립하기 위한 성형된 블록을 쌓는 작업판이 구비된 작업테이블(110);
    상기 작업 테이블(110)에서 작업 중인 상기 3D 모형(190)의 해당 설계된 위치에 블록을 놓아 적층시키는 헤더 및 구동장치(140);를 포함하되
    상기 헤더 및 구동장치(140)와 연결된 상기 성형된 블록의 연속 공급을 위한 가이드 튜브(130);
    상기 가이드 튜브(130)에 상기 성형된 블록을 순차적으로 연속 공급(제공)하는 블록 공급 수단(195);
    상기 헤더 및 구동장치(140)에 설치되어 상기 가이드 튜브(130)를 통하여 공급받는 상기 성형된 블록을 선택 후, 작업 테이블로 내리는 블록 토출 수단(120); 및
    상기 헤더 및 구동장치(140)에 의해 해당 설계된 위치에 놓아지는 상기 성형된 블록들을 고정시키기 위한 본딩 및 융착 수단(150);을 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 적층방식의 3D 프린팅 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 블록 적층형 3D 프린터(100)는
    영상처리를 통해 상기 작업 테이블(110)에서 작업 중인 3D 모형의 위치좌표를 명확히 추출하는 영상처리 수단(160); 및
    상기 영상처리 수단(160)으로부터 위치좌표 정보를 수신하여, 상기 성형된 블록이 정밀하게 놓아질 수 있도록 상기 헤더 및 구동장치(140)의 정밀한 제어를 담당하는 모션 제어수단(180);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 적층방식의 3D 프린팅 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 본딩 및 융착 수단(150)은
    상기 작업테이블(110) 위에 양면테이프를 부착하고, 상기 양면테이프 위에 첫 번째 레이어(층)의 블록들을 내려놓아 부착 고정하며, 최종 레이어에 대한 블록 적층 작업이 완료된 후, 완성된 상기 3D 모형(190)을 들어올려 양면테이프를 작업 테이블(110)에서 분리시키는 방식인 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 블록 공급 수단(195)과 상기 헤더 및 구동장치(140) 사이를 한 개의 상기 가이드 튜브(130)로 연결하고, 상기 가이드 튜브(130)를 통하여 블록 공급 수단(195)의 블록을 헤더 및 구동장치(140)에 연속적으로 공급하도록 구성함을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 가이드 튜브(130)는 상기 헤더 및 구동장치(140)와 물리적으로 연결되어 이동하므로 유연한 재질로 구성되며, 상기 가이드 튜브(130) 내에서 블록이 이동할 수 있도록 충분한 내부 유격을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 블록 공급 수단(195)과 상기 헤더 및 구동장치(140) 사이를 복수의 상기 가이드 튜브(130)로 연결하고, 상이한 크기, 색상 및 재질의 성형된 블록을 동시에 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 블록 공급 수단(195)의 용기를 바울(bowl) 형태로 구성하고, 상기 바울 안에 블록을 넣고 진동을 가하여 부품을 순차적으로 한 개씩 상기 가이드 튜브(130)로 이송시키는 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 블록 공급 수단(195)에 릴, 트레이, 또는 벌크 용기 형태로 복수의 블록 보관 용기를 설치하고, 적층 순서에 따라 각각의 상기 블록 보관 용기에서 해당 블록을 선택되어, 상기 가이드 튜브(130)를 통해 순차적으로 이송되면, 상기 헤더 및 구동장치(140)가 순차적으로 이송된 각각의 블록을 정해진 위치에 적층하여 복수의 칼라 및 재질을 갖는 3D 모형을 제작하는 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 헤더 및 구동장치(140) 보다 높은 위치에 상기 블록 공급 수단(195)이 설치되어, 상기 성형된 블록을 한 개씩 순차적으로 중력의 힘으로 피드(Feed)시켜 상기 가이드 튜브(130)를 통해 연속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 블록 공급 수단(195)을 상기 헤더 및 구동장치(140)보다 낮은 위치에 설치하는 경우, 상기 성형된 블록 한 개씩 강제적으로 피드(Feed)시켜 상기 가이드 튜브(130)를 통해 연속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  12. 제 2항에 있어서,
    상기 블록 토출 수단(120)은
    상기 헤더 및 구동장치(140) 하단에 상기 가이드 튜브(130)로부터 이송된 성형된 블록을 정렬 위치시키는 수단; 및 토출구(121)를 통해 상기 작업 테이블(110) 방향으로 정렬된 상기 성형된 블록을 밀어내는 수단;으로 구성된 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  13. 제 2항에 있어서,
    복수의 상기 가이드 튜브(130)에서 상기 블록 토출 수단(120)의 토출구(121)하나로 상기 성형된 블록을 토출시키기 위해 N:1 방식의 블록 선별 공급 수단이용하는 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  14. 제 2항에 있어서,
    상기 3D 모형(190)의 내부는
    상기 헤더 및 구동장치(140)와 연결되어 성형된 블록을 연속적으로 공급하기 위한 가이드 튜브(130)와, 상기 가이드 튜브(130)로부터 공급된 상기 성형된 블록을 선택하여 상기 작업 테이블(110)로 내리도록 헤더 및 구동장치(140)에 설치된 블록 토출 수단(120)을 통해 상기 성형된 블록이 적층되고,
    상기 3D 모형(190)의 외부는 복수의 상기 성형된 블록들이 보관되어 있는 릴, 트레이, 또는 용기 형태의 블록 보관수단과, 상기 블록 보관수단에 보관되어 있는 상기 성형된 블록을 공급하는 블록 공급 피더를 통해 상기 성형된 블록이 적층시되는 이원화된 방식으로 프린팅하는 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  15. 제 2항에 있어서,
    상기 본딩 및 융착 수단(150)은
    상기 가이드 튜브(130)로부터 공급된 블록을 선택하여 상기 작업 테이블(110)로 내리는 상기 블록 토출 수단(120)을 통해 토출되는 블록을 상기 3D 모형(190)의 해당 설계된 위치에 토출 적층시키기 전에 접착처리부로 이동하여 블록 하단에 접착제를 묻히는 수단인 것을 특징으로 하는 블록 적층방식의 3D 프린팅 시스템.
  16. 제 2항에 있어서,
    상기 본딩 및 융착 수단(150)은
    조립중인 상기 3D 모형(190)의 해당 설계된 위치에 상기 성형된 블록을 내려놓기 전에, 상기 헤더 및 구동장치(140)에 설치되어 블록을 놓는 위치에 접착제를 주사 혹은 분무하는 수단인 것을 특징으로 하는 블록 적층방식의 3D 프린팅 시스템.
  17. 제 2항에 있어서,
    상기 본딩 및 융착 수단(150)은
    상기 성형된 블록을 상기 헤더 및 구동장치(140)로 해당 층에 쌓는 것을 시작하기 전에, 상기 3D 모형(190)의 작업판 전체 혹은 블록을 쌓는 부분 전체에 접착제를 미리 주사 혹은 분무하는 것을 특징으로 하는 블록 적층방식의 3D 프린팅 시스템.
  18. 제 15항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본딩 및 융착 수단(150)은
    상기 접착제의 경화를 촉진하는 자외선 LED 램프 또는 열 경화수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 적층방식의 3D 프린팅 시스템.
  19. 제 2항에 있어서,
    상기 성형된 블록은
    접착 면이 사전에 접착제로 본딩 처리되거나, 또는 자외선(UV) 경화형 접착제로 본딩 처리되는 것을 특징으로 하는 블록 적층방식의 3D 프린팅 시스템.
  20. 제 2항에 있어서
    상기 본딩 및 융착 수단(150)은
    상기 블록을 한층 쌓을 때마다 본딩 재료를 도포하거나, 상기 3D 모형(190)의 적층이 완료된 후 본딩 재료를 도포하거나, 또는 플라스틱 재질의 경우 중간 단계마다 혹은 최종 단계에서 초음파 융착으로 상기 성형된 블록을 고정하는 것을 특징으로 하는 블록 적층방식의 3D 프린팅 시스템.
  21. 제 2항에 있어서
    상기 성형된 블록을 내려놓는 위치에 접착 재료를 주사 혹은 분무하는 수단인 디스펜서(dispenser)를 상기 헤더 및 구동장치(140)에 설치하여, 상기 작업 테이블(110)에서 조립중인 상기 3D 모형(190)의 해당 설계된 위치에 블록을 내려놓기 전에 해당 위치에 접착 재료를 주사 혹은 분무함을 특징으로 하는 블록 적층방식의 3D 프린팅 시스템.
  22. 제 2항에 있어서
    상기 성형된 블록을 쌓아 상기 3D 모형(190)을 완성한 후, 상기 3D 모형(190) 전체에 본딩 재료를 다시 도포하여, 블록 사이의 갭(GAP)에 상기 본딩 재료를 채워 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 블록 적층방식의 3D 프린팅 시스템.
  23. 제 3항에 있어서,
    상기 블록 적층형 3D 프린터(100)는
    상기 모션 제어수단(180)의 제어를 받아 상기 헤더 및 구동장치(140)가 지정된 블록들을 설계된 좌표 위치로 이송하고 내려놓는 과정을 통해 해당 층의 블록들을 모두 쌓고, 상기 3D 모형(190)의 다음 층 블록 적층 높이로 상기 모션 제어수단(180)이 상기 헤더 및 구동장치(140)의 높이(Z축)를 제어함에 따라, 상기 헤더 및 구동장치(140)가 다음 층을 쌓는 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  24. 제 3항에 있어서,
    상기 블록 적층형 3D 프린터(100)는
    상기 모션 제어수단(180) 및 상기 헤더 및 구동장치(140)에 대하여 상기 작업테이블(110)을 길이 방향으로 이동 제어하여 길이가 긴 상기 3D 모형(190)를 제작하도록 하는 길이방향 이동수단(115)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  25. 제 2항에 있어서,
    상기 성형된 블록 적층한 3D 모형(190)의 형태가 실제 설계된 3D 모형(190)보다 크게 적층하도록하고, 프로그램에 자동 보정하는 수단을 추가하여 적층 후 CNC 장비로 가공하여 상기 실제 설계된 3D 모형(190)으로 완성하는 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  26. 제 2항에 있어서,
    상기 헤더 및 구동장치(140)로 상기 작업테이블(110)의 3D 모형(190)을 적층을 완료한 후, 상기 헤더 및 구동장치(140)를 절삭 공구로 전환 설치하여, 상기 3D 모형(190)을 절삭 가공하도록 하는 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  27. 제 2항에 있어서,
    상기 헤더 및 구동장치(140)는
    블록 적층용 헤더 및 구동장치 모드와, 절삭용 헤더 및 구동장치 모드로 구분되어 듀얼헤더 방식으로 구동되되, 상기 블록 적층용 헤더 및 구동장치 모드에서 상기 성형된 블록의 적층이 완료되어 상기 3D 모형(190)이 완성되면, 상기 절삭용 헤더 및 구동장치 모드로 상기 3D 모형(190)을 가공하는 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  28. 제 2항에 있어서,
    상기 3D 형상(190)에 따라 상기 성형된 블록을 허공에 쌓아야 할 경우, 해당 위치에 상기 성형된 블록을 지지하기 위한 서포터를 설치하고, 상기 작업테이블(110)을 Z방향의 모션 외에 추가로 회전 및 기울일 수 있도록 구성하여 상기 서포터를 제거하는 것을 특징으로 하는 블록 적층 방식의 3D 프린팅 시스템.
  29. 3D 프린터(100)에 의한 프린팅 방법에 있어서,
    (a) 블록 적층형 3D 프린터(100) 또는 외부기기를 통해 색상, 재질 및 형상이 상이하게 성형된 블록을 제작하는 단계;
    (b) 단말기 및 컴퓨터(200)가 상기 성형된 블록을 조합시켜 3D 모형(190)을 디자인하는 단계;
    (c) 블록 적층형 3D 프린터(100)가 외부 통신 수단(170)를 통해 단말기 및 컴퓨터(200) 또는 운영서버(300)로부터 3D 프린팅 대상이 되는 상기 `(b)`단계에서 디자인된 상기 3D 모형(190)의 설계 데이터를 수신받는 단계;
    (d) 상기 블록 적층형 3D 프린터(100)의 블록 공급 수단(195)과 헤더 및 구동장치(140)를 연결하여 블록을 연속적으로 이송하는 가이드 튜브(130)가 상기 설계 데이터에서 요구하는 성형된 블록들을 상기 블록 공급 수단(195)으로부터 공급받아 이송하는 단계;
    (e) 상기 가이드 튜브(130)를 통해 블록을 순차적으로 연속 공급받는 상기 헤더 및 구동장치(140)를 모션 제어 수단(180)가 제어하여, 상기 블록 공급 수단(195)에서 공급되는 상기 성형된 블록들을 작업 테이블(110)의 설계된 좌표 위치에 상기 헤더 및 구동장치(140)의 블록 토출 수단(120)으로 내려놓아 적층시켜 가면서 상기 3D 모형(190)를 쌓는 단계; 및
    (f) 상기 블록 적층형 3D 프린터(100)의 본딩 및 융착 수단(150)이 상기 헤더 및 구동장치(140)에 의해 적층되는 상기 성형된 블록들을 고정시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 블록 적층형 3D 프린팅 방법.
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