KR101629871B1

KR101629871B1 - 3d 프린터용 벨트 홀더

Info

Publication number: KR101629871B1
Application number: KR1020140061208A
Authority: KR
Inventors: 이동엽
Original assignee: 이동엽
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2016-06-21
Also published as: KR20150134186A

Abstract

본발명은 이송벨트의 구동력을 전달받아 노즐을 장착한 헤드에 전달하는 3D 프린터의 벨트 홀더로서, 상기 헤드와 작동적으로 연결되고, 상기 이송벨트가 폭 방향으로 삽입되는 삽입홈을 구비한 벨트 홀딩부가 형성되어, 상기 이송벨트를 홀딩하여 이동하면서 상기 헤드를 이동시키는 3D 프린터용 벨트 홀더를 제공한다.

Description

3D 프린터용 벨트 홀더{BELT HOLDER FOR 3D PRINTER}

본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3D 프린터에서 성형물을 성형하기 위해 이동하는 헤드에 이송력을 제공하는 데 사용되는 3D 프린터용 벨트 홀더에 관한 것이다.

근래에 물체에 대한 3D데이터를 이용하여 그 물건을 그대로 성형할 수 있는 3D 프린터가 개발되어 그 사용이 증대되고 있다.

일반적으로 3D 프린터의 프린팅 방식은 FDM 방식, DLP 방식, SLA 방식, SLS 방식으로 구분되어 지며, 그 사용 재료로 세라믹, 플라시틱, 금속, 수지 등 다양한 종류가 사용되어 지고 있다.

이 중 FDM 방식은 대상물체를 2차원의 평면 형태로 성형하면서 3차원으로 적층하여 형태를 만들어 가는 방식이다. 구체적으로 열가소성 수지로 된 와이어 형태의 필라멘트를 공급하고 공급된 필라멘트를 베드에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치 조절되는 3차원 이송기구에 장착된 노즐을 통해 용융시켜 배출함으로써 2차원 평면 형태를 만들면서 이를 베드 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형한다.

이러한 종래의 3D 프린터에서 노즐을 베드에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치 조절하는 3차원 이송구조는, 노즐을 구비한 이송블록을 X방향으로 이송시키는 X방향 이송기구와, 베드를 Z방향으로 이송시키는 Z방향 이송기구를 포함하고, 이송블록에 노즐을 Y방향으로 이송시키는 Y방향 이송기구를 포함한다.

종래의 3D 프린터의 이송블록은, 이송블록을 X방향으로 연장된 가이드블록을 따라 이동시키는 모터와 이송블록 상에서 노즐을 Y방향으로 이송시키기 위해 필요한 구동기구를 포함한다. 따라서 이송블록의 구조가 복잡하여 3D 프린터의 소형화가 어렵고, 이송블록 내의 다수의 부품이 복잡하게 탑재되어 있어 일부 부품의 교체가 필요한 경우 이송블록 전체를 분리해야 함으로 수리가 어려운 단점이 있었다.

한국등록특허 제10-1346704호(2013. 12. 31. 공고)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 성형물의 이송을 위해 동작하는 헤드가 이송벨트의 구동을 전달받아 동작하도록 구성된 3D 프린터에서 이송벨트의 이송력을 헤드에 전달하는 3D 프린터용 벨트 홀더를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하면, 이송벨트의 구동력을 전달받아 노즐을 장착한 헤드에 전달하는 3D 프린터의 벨트 홀더로서, 상기 헤드와 작동적으로 연결되고, 상기 이송벨트가 폭 방향으로 삽입되는 삽입홈을 구비한 벨트 홀딩부가 형성되어, 상기 이송벨트를 홀딩하여 이동하면서 상기 헤드를 이동시키는 3D 프린터용 벨트 홀더를 제공한다.

본 발명에 의하면, 상기 3D 프린터는, 상기 헤드를 관통하여 연장된 이송봉을 포함하여 상기 이송봉의 움직임을 따라 이송되게 구성되되, 상기 벨트 홀더에는 상기 이송봉이 삽입되어 고정 가능한 이송봉 결합홀이 형성된다.

본 발명에 의하면, 서로 이격하여 나란하게 연장되는 적어도 한 쌍의 가이드봉을 포함하고, 상기 이송벨트는 상기 가이드봉에 나란하게 연장되며, 상기 벨트 홀더에는 상기 가이드봉이 삽입되는 측면을 관통하는 가이드봉 홀이 형성되어 상기 가이드봉에 이동자유롭게 지지되고, 상기 벨트 홀딩부에 상기 가이드봉과 나란한 이송벨트가 홀딩되어 이송된다.

본 발명에 의하면, 측면을 관통하여 가이드봉 홀이 형성되고, 상기 가이드봉홀의 연장방향과 교차하는 전후 방향으로 이송봉이 삽입되어 고정 가능한 이송봉 결합홀이 형성되며, 상기 전후 방향 일 측면에, 가이드봉과 나란하게 연장되는 이송벨트가 폭방향으로 삽입되는 삽입홈이 길이 방항으로 형성된 벨트 홀딩부가 연장되어, 상기 가이드봉 홀을 관통하는 가이드봉에 의해 지지되면서, 상기 이송벨트의 움직임에 따라 상기 이송봉을 이송시킨다.

본 발명에 의하면, 상기 벨트 홀딩부는 연장 방향으로 상기 삽입홈이 형성된 서로 이격된 한 쌍의 플레이트로 이루어지며, 상기 삽입홈에는 이송벨트의 내측에 폭 방향으로 형성된 홈 부분이 삽입된다.

본 발명에 의하면, 성형물의 이송을 위해 동작하는 헤드가 이송벨트의 구동을 전달받아 동작하도록 구성된 3D 프린터에서 이송 벨트의 회전을 효과적으로 헤드에 전달하여 헤드가 이송되도록 한다.

본 발명에 의하면, 벨트 홀더는 간단한 구조로 형성되어 가이드봉과, 이송봉, 이송벨트를 작동적으로 연결시켜 헤드가 이송력을 전달받아 X, Y 방향으로 이송되는 것을 가능하게 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 3D 프린터의 사시도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 3D 프린터용 벨트 홀더의 측면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 3D 프린터용 벨트 홀더의 사면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 3D 프린터용 벨트 홀더의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 3D 프린터를 설명하기 위한 부분 분해 사시도이다.
도 6 은 본 발명에 따른 3D 프린터를 설명하기 위한 측면도이다.
도 7 는 본 발명에 따른 3D 프린터를 설명하기 위한 다른 측면도이다.
도 8 는 본 발명에 따른 3D 프린터의 헤드의 개략적 사시도이다.
도 9 는 본 발명에 따른 3D 프린터를 설명하기 위한 또 다른 측면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3D 프린터의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

첨부된 참조하면, 본 발명에 따른 벨트 홀더를 구비한 3D 프린터는, 프레임(10)과, 서로 이격하여 나란하게 연장되는 한 쌍의 X 방향 가이드봉(20, 21)과, 상기 X방향 가이드봉(20, 21)과 수직하게 교차하게 서로 이격하여 나란하게 연장된 Y방향 가이드봉(30, 31)과, 각 가이드봉(20, 21, 30, 31)에 나란하게 연장되는 X방향 이송벨트(44)와 및 Y방향 이송벨트(46)와, 서로 높이차를 이루면 서로 수직한 방향으로 관통하여 연장되는 제1 및 제2 이송봉(64, 66)을 구비한 헤드(60)를 포함하여 구성되며, 벨트 홀더(70)가 상기 제1 및 제2 이송봉(64, 66)을 지지하면서 각 이송벨트(44, 46)을 통해 구동력을 전달받아 상기 헤드(60)를 구동하도록 구성된다.

도 2 내지 도 4 를 참조하면, 벨트 홀더(70)에는 측면을 관통하여 가이드봉(20, 21, 30, 31)이 삽입되는 가이드봉 홀(72)이 형성된다.

가이드봉 홀(72) 내부에는 가이드봉(20, 21, 30, 31) 이 회전 및 이동가능하게 지지하는 베어링(72a)이 내장된다.

벨트 홀더(70)의 전후 방향으로 이송봉(64, 66)들이 삽입되는 이송봉 결합홀(74)이 형성된다. 바람직하게는 이송봉 결합홀(74)은 전후면을 관통하여 형성된다. 따라서 이송봉(64, 66)의 양단에 양측 벨트 홀더(70)에 결합시킬 때, 이송봉(64, 66)을 길이 방향으로 움직여 가면서 이송봉(64, 66)의 고정 위치를 조절하는 데 유리하다.

벨트 홀더(70)의 측면에는 이송봉 결합홀(74)에 삽입된 이송봉을 고정하기 위한 고정구(70a)가 형성된다. 벨트 홀더(70)는 서로 이격된 양측 플레이트(71a)와 상기 양측 플레이트(71a) 사이에 개재되고 전후 방향으로 관통하여 연장되는 이송봉 결합홀(74)이 형성되도록 서로 이격 배치되는 블록(71b)들로 이루어지며, 상기 양측 플레이트(71a) 및 블록(71b)들을 관통하여 설치된 고정구(70a)의 조임에 의해 양측 플레이트(71a)가 근접하면서 이송봉 결합홀(74)에 삽입된 이송봉(64, 66)을 구속적으로 결합시키는 것이 가능하다.

벨트 홀더(70)의 전면, 즉, 헤드(60)를 향한 방향 측면으로 벨트 홀딩부(76)가 연장된다. 벨트 홀딩부(76)는 전측으로 연장되고, 길이 방향으로 삽입홈(77)이 형성된 플레이트로 이루어진다.

따라서 삽입홈(77)을 통해 이송벨트(42, 44)가 폭 방향으로 끼워지는 경우 이송벨트(42, 44) 내측에 폭 방향으로 형성된 홈 부분(43)이 삽입홈(77)에 끼워진다. 이로 인해 벨트 홀더(70)와 이송 벨트(42, 44) 사이에 슬립 이동을 방지하면서, 이송벨트(42, 44)를 삽입홈(77)에 폭방향으로 삽입하는 간단한 동작으로 이송벨트의 구동력을 전달받기 위한 결합이 이루어질 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 벨트 홀더를 이용하는 3D 프린터의 일 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 3D 프린터에서 프레임(10)은 모서리에 배치된 4개의 수직 프레임 부재(16, 17. 18, 19)를 포함하여 전체적으로 직육면체의 형태를 이룬 것으로, 모서리에 4개의 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19)를 배치하고, 상하단 각각에서 수평 프레임 부재(12, 13)를 연결하여 전체적으로 직육면체 형태를 이룬다.

프레임(10)에는 4개의 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19) 상에 설치되는 것으로, 동일한 높이로 나란하게 연장되는 한 쌍의 X방향 가이드봉(20, 21)과 X방향 가이드봉(20, 31)과 교차하는 방향으로 동일한 높이로 나란하게 연장되고, X방향 가이드봉(20, 21)과 높이차를 이루며 배치된 한 쌍의 Y방향 가이드봉(30, 31)을 포함한다. 본 명세서에서는 상대적으로 높은 위치로 설치된 가이드봉을 X방향 가이드봉(20, 21)이라 지칭한다.

프레임(10)의 둘레 방향으로 X방향 및 Y방향 가이드봉(20, 21, 30, 31)의 설치 상태를 살펴보면, 프레임(10)의 일 측면에서 2개의 수직 프레임 부재(16, 17) 상부에 일측 X방향 가이드봉(20)이 설치되고, 대향하는 측면의 2개의 수직 프레임 부재(18, 19) 상부에 타측 X방향 가이드봉(21)이 설치된다. 그리고, 프레임(10)의 상기 일 측면과 둘레 방향으로 인접한 교차 측면에서 X방향 가이브봉(20)과 낮은 높이로 2개의 수직 프레임 부재(17, 18) 상부에 일측 Y방향 가이드봉(30)이 설치되고, 대향하는 측면의 2개의 수직 프레임 부재(19, 16) 상부에 타측 Y방향 가이드봉(31)이 설치된다.

각 가이드봉(20, 21, 30, 31)의 양단부측에 벨트풀리(40)가 고정된다. 그리고 각 쌍의 가이드봉(20, 21, 30, 31)에서 서로 마주보는 벨트풀리(40)들 사이에는 환형의 이송벨트(42, 44)가 장착된다. 이송벨트(42, 44)는 한 쌍의 가이드봉 사이를 수직하게 가로지르는 방향으로 연결되므로, X방향 가이드봉(20, 21)의 벨트풀리(40) 사이에 연결된 이송벨트는 Y방향 이송벨트(42)가 되고, Y방향 가이드봉(30, 31)의 벨트풀리(40) 사이에 연결된 이송벨트는 X방향 이송벨트(44)가 된다. Y방향 및 X방향 이송벨트(42, 44)는 Y방향 가이드봉(30, 31)및 X방향 가이드봉(20, 21)과 높이차를 가지면서 나란하게 연장된다.

그리고, X방향 가이드봉(20, 21) 및 Y방향 가이드봉(30, 31) 각각의 어느 하나의 벨트풀리(40)에는 구동벨트용 벨트풀리(41)가 일체로 형성된다. 그리고 각 구동벨트용 벨트풀리(41)는 프레임(10)의 하단 사각형 프레임(12)에 설치된 모터(50, 55)의 벨트풀리축(51, 56)과 구동벨트(52, 57)로 연결된다.

X방향 가이드봉(20, 21)을 중심으로 연결 구성을 살펴보면, 프레임(10) 하단을 이루는 하단 사각형 프레임(12)에 설치된 제1 모터(50)의 벨트풀리축(51)과 X방향 가이드봉(20, 21)의 어느 하나의 벨트풀리(40)와 일체화된 구동벨트용 벨트풀리(41)가 구동벨트(52)로 연결되고, X 방향 가이드봉(20, 21)에 설치된 각 벨트풀리(40)는 X방향 가이드봉 상의 마주보는 벨트풀리(40)와 Y방향 이송벨트(42)로 서로 연결된다. 따라서 제1 모터(50)의 회전의 제어하여 양측 Y방향 이송벨트(42)의 구동을 제어할 수 있다. X방향 가이드봉(20, 21)의 하부로 X방향 이송벨트(44)가 나란하게 연장된다.

Y방향 가이드봉(30, 31)의 연결 구성은 X방향 가이드봉(20, 21)과 동일한 원리로 이루어진다. 하단 사각형 프레임(12)에 설치된 제2 모터(55)의 벨트풀리축(56)과 Y방향 가이드봉(30, 31)의 어느 하나의 벨트풀리(40)와 일체화된 구동벨트용 벨트풀리(41)가 구동벨트(57)로 연결되고, Y 방향 가이드봉(30, 31)에 설치된 각 벨트풀리(40)는 Y방향 가이드봉 상의 마주보는 벨트풀리(40)와 X방향 이송벨트(44)로 서로 연결된다. 따라서 제2 모터(55)의 회전의 제어하여 양측 X방향 이송벨트(44)의 구동을 제어할 수 있다. Y방향 가이드봉(30, 31)의 상부로 Y방향 이송벨트(42)가 나란하게 연장된다.

헤드(60)에는 노즐(61)이 장착되는 노즐공(62)이 형성되며, 서로 수직하게 교차하는 방향으로 높이차를 지니면 수평하게 연장된 제1 관통공(63)과 제2 관통공(65)이 형성된다. 제1 관통공(63)은 X방향으로 연장되며, 제2 관통공(65)은 Y방향으로 연장된다. 제1 관통공(63) 및 제2 관통공(65)에는 각각 내부를 관통하여 지나는 이송봉(64, 66)을 지지하는 베어링이 내장된다.

제1 이송봉(64)은 X방향으로 연장된 제1 관통공(63)을 관통하여 설치되며, 양단이 Y방향 가이드봉(30, 31)에 결합된 벨트 홀더(70)에 고정되고, 제2 이송봉(66)은 Y방향으로 연장된 제2 관통공(64)을 관통하여 설치되며, 양단이 X방향 가이드봉(30, 31)에 결합된 벨트 홀더(70)에 고정된다. 이송봉(64, 66)은 헤드(60)을 지지하여 XY방향으로 이송시키는 기능을 한다.

벨트 홀더(70)는 이송봉(64, 66)과 고정적으로 결합되고 가이드봉(20, 21, 30, 31)에 이동가능하게 장착되며, 장착된 가이드봉(20, 21, 30, 31)에 나란하게 연장된 이송벨트(42, 44)를 홀딩함으로, 이송벨트(42, 44)의 이동에 따라 이송봉(64, 66)을 움직이며, 이에 따라 헤드(60)가 이송된다.

따라서 제1 모터(50)가 구동하여 Y방향 이송벨트(42)를 회전시키면, Y방향 이송벨트(42)를 홀딩한 벨트 홀더(70)에 지지된 제1 이송봉(64)이 헤드(60)를 Y방향으로 이송시키며, 제2 모터(55)가 구동하여 X방향 이송벨트(44)를 회전시키면, X방향 이송벨트(44)를 홀딩한 벨트 홀더(70)에 의해 지지된 제2 이송봉(66)이 헤드(60)를 X방향으로 이송시킨다.

본 발명에 따르면 헤드(60)는 노즐(61)을 구비한 상태로 제1 및 제2 이송봉(64, 66)에 의해 동작되고, 헤드(60)의 이동은 프레임(10)에 설치된 제1 모터 및 제2 모터(50, 55)에 의해 제어된다.

헤드(60)의 노즐공(62)에서는 노즐(61)이 설치되는 데, 노즐(61)은 익스트루더(80)를 통해 공급된 필라멘트를 용융시켜 성형을 한다. 필라멘트를 공급하는 익수트루더(80)는 프레임의 부착되며, 호스(82)를 통해 노즐(61)과 연결된다.

프레임(10)의 내측에 헤드(60) 하부에는 성형물이 성형되는 베드(90)가 구비된다. 베드(90)는 하단 사각형 프레임(12)에 수직 설치된 가이드포스트(92)와 상기 가이드포스트(92)를 따라 승강되는 승강블록(94) 및 승강블록(94)을 상하 이송시키는 제3 모터(96)에 의해 Z방향으로 위치가 조절된다. 가이드포스트(92)가 나사 형태로 형성되고, 제3모터(96)의 회전에 의해 가이드포스트(92)에 나사결합된 승강블록(94)이 승강하는 방식으로 제어될 수 있다.

베드(90)의 Z 방향 이송을 지지하기 위해 가이드포스트(92)의 양측으로 베드(90)를 관통하여 지나는 안내봉(98)이 더 포함될 수 있으며, 가이드포스트(92) 및 안내봉(98)의 상단을 지지하기 위하여 수직 프레임(18, 19) 사이에 X방향 이송벨트(44) 하측으로 수평지지 프레임(99)이 설치된다.

본 발명에 의하면, 제1 및 제2 모터(50, 55)의 구동에 의해 헤드(60)가 XY 방향으로 이송하면서 2차원 평면 형태로 성형이 이루어지고, 제3 모터(96)의 구동에 의해 베드(90)가 Z방향으로 이송하면서 3차원 형태로 적층이 이루어져 3차원의 성형물이 성형되는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 헤드(60)는 제1 및 제2 이송봉(64, 66)에 의해 동작되고, 헤드(60)의 이동은 벨트 홀더(70)를 매개로 제1 모터 및 제2 모터(50, 55)에 의해 제어되는 이송벨트(42, 44)에 의해 이루어진다. 벨트 홀더(70)는 X방향 및 Y방향 가이드봉(20, 21, 30, 31)에 지지되어 움직이면서 이송벨트(42, 44)의 구동에 의한 구동력을 헤드(60)에 전달하다. 즉, 벨트 홀더(70)는 가이드봉과, 이송봉, 이송벨트를 작동적으로 연결시키면서 헤드가 이송력을 전달받아 X, Y 방향으로 이동되도록 한다.

이에 따라 헤드(60)는 모터 등과 같은 하중이 큰 부분을 포함하고 있지 않으므로 성형물의 성형을 위해 이송되는 헤드(60)를 경량화하는 것이 가능하므로 고속 이동에 따른 고속 성형에 유리하다. 또한 벨트 홀더(70)의 벨트 홀딩부(76)과 이송벨트(42, 44)의 결합에 의하여 슬립이 억제되므로, 정밀하게 헤드(60)의 이동을 제어하는 것이 가능하며 조립이 용이하다.

Claims

이송벨트의 구동력을 전달받아 노즐을 장착한 헤드에 전달하는 3D 프린터의 벨트 홀더로서,
상기 3D 프린터는, 상기 헤드를 관통하여 연장되고 상기 벨트 홀더에 지지되어 상기 벨트홀더의 움직임에 따라 상기 헤드를 이송시키는 이송봉; 및 상기 이송봉의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 상기 벨트홀더의 이송을 가이드하는 가이드봉을 포함하며,
상기 벨트홀더는,
서로 이격된 양측 플레이트(71a);
상기 양측 플레이트(71a) 사이에 개재되고 전후 방향으로 관통하여 연장되는 이송봉 결합홀(74)이 형성되도록 서로 이격 배치되는 블록들(71b);
상기 양측 플레이트(71a) 및 상기 블록들(71b)을 관통하여 체결되는 고정구(70a);
상기 양측 플레이트(71a) 각각의 전면으로 연장된 플레이트(71a)로 형성되되 상기 이송봉 결합홀(74)에 인접하여 전면으로 연장되고, 길이 방향으로 삽입홈(77)이 형성되며 상기 삽입홈(77)의 전측 방향에서 상기 이송벨트의 내측에 구비된 홈이 삽입되는 벨트 홀딩부(76); 및
상기 벨트홀더를 측면 방향으로 관통하여 형성되며, 내부에 가이드봉을 회전 및 이동가능하게 지지하는 베어링(72a)이 설치되는 가이드봉 홀(72)을 포함하고,
상기 이송벨트를 홀딩하여 이동하면서 상기 헤드를 이동시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 벨트 홀더.
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제 1 항에 있어서,
상기 한 쌍의 플레이트의 측면에는, 상기 가이드봉을 이동 가능하게 수용하는 가이드봉 홀이 형성되고,
상기 가이드봉 홀을 관통하는 가이드봉에 의해 지지되면서, 상기 이송벨트의 움직임에 따라 상기 이송봉을 이송시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 벨트 홀더.
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