KR101646619B1

KR101646619B1 - 높이 조절이 가능한 3d 프린터 출력물용 후처리 장치

Info

Publication number: KR101646619B1
Application number: KR1020150060872A
Authority: KR
Inventors: 김경천; 이충현
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2016-08-08

Abstract

본 발명은, 출력물 표면 후처리 작업을 위해 훈증이 이루어지는 메인챔버와, 상기 메인챔버 내에 배치되어 출력물을 거치하는 거치부와, 상기 거치부의 하부에 배치되어 훈증액이 저장되는 훈증액저장부와, 상기 훈증액저장부를 가열하여 상기 훈증액을 훈증기로 증발시키는 훈증액가열부를 포함하는 프린터 출력물용 후처리 장치에 있어서, 상기 출력물의 높이에 따라 훈증 공간을 제공하도록 상기 메인챔버에 대해 상하로 슬라이딩 이동가능한 확장챔버와; 상기 메인챔버의 내부에 형성되며 상기 훈증액저장부와 연결되어 훈증기를 상기 메인챔버에 공급하도록 길이방향을 따라 복수의 메인분사공이 형성된 메인노즐과; 단부가 상기 확장챔버와 결합되어 상기 확장챔버의 슬라이딩 이동에 따라 상기 메인노즐로부터 연장되며 길이방향을 따라 복수의 연장분사공이 형성된 연장노즐을 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 출력물의 높이에 관계없이 출력물의 표면을 매끄럽게 후처리가 가능한 효과를 얻을 수 있다. 또한 훈증기가 분사되는 분사공의 위치를 조절하고, 거치대를 회전시켜 출력물에 균일하게 후처리가 가능한 효과를 얻을 수 있다.

Description

높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치{Post cleaning machine for 3D printer output capable of height adjustment}

본 발명은 높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 출력물의 높이에 관계없이 출력물의 표면을 매끄럽게 후처리가 가능한 높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치에 관한 것이다.

3D 프린터는 2D 프린터가 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력한 도면을 바탕으로 3차원의 입체 출력물을 만들어내는 장치이다. 이러한 3D 프린터는 상품을 내놓기 전 시제품을 만들기 위해 개발된 것으로, 실제 상품에 어떤 문제점이 있는지 알아보기 위해 실제 상품을 만드는 대신 3D 프린터를 이용하여 실제 상품과 똑같은 시제품을 생산하여 비용과 시간을 절약하며 실제 상품의 문제점을 알아볼 수 있기 때문에 기업에서 사용하기 시작했다.

2D 프린터는 앞뒤(x축)와 좌우(y축)으로만 운동하지만, 3D 프린터는 여기에 상하(z축) 운동을 더하여 입력한 3D 도면을 바탕으로 입체 물품을 만들어낸다. 3D 도면은 3D CAD(computer aided design)나 3D 모델링 프로그램 또는 3D 스캐너 등을 이용하여 제작한다.

이러한 3D 프린터는 지난 수년 사이에 오픈소스(RepRap 등)를 기반으로 급속히 발전하여 왔다. 불과 1~2년 사이에 국내에서도 3D 프린터를 데스크탑용으로 개발하여 대중화에 나서고 있으며, 인터넷 쇼핑몰 등을 이용하여 점차 폭넓게 확산 되어가고 있다. 일반적인 3D 프린터의 프린팅 방식은 크게 FDM방식(Fused Deposition Modelling)과 DLP방식(Digital Light Processing), SLA방식(Stereolithography Apparatus) 그리고 SLS방식(Selective Laser Sintering)으로 구분되어 지고 있다. 또한, 사용되는 소재는 세라믹(Ceramic), 플라스틱(Plastic), 금속(Metal), 수지(Resin) 등 다양한 종류가 사용되어 지고 있다.

그 중에서 적층방식(FDM방식)의 3D 프린터는 이미 대중화되어 보급되고 있으나, 출력물을 출력하는 과정에서 소재를 적층하는 결이 표면에 남아 있게 되어 깨끗한 표면의 최종 결과물을 만들어낼 수 없다. 이러한 적층 결을 제거하기 위한 표면처리 즉 후처리 가공을 실시하게 되는데, 종래의 후처리 가공은 사포 등을 이용하여 표면을 문지르는 방법, 연마석을 이용하여 표면을 연마하는 방법 등이 있다. 이러한 종래의 기술은 수작업에 의존함으로써 많은 시간과 인력이 소요되며, 특히 연마를 이용할 경우 출력물의 크기에 맞춰 연마석의 직경을 결정해야하는 번거로움이 있으며, 연마과정에서 발생되는 분진이 출력물에 부착되는 등의 문제가 있다.

따라서 최근에는 이러한 문제점이 생기지 않는 다른 후처리 기술을 사용하는 데 그 중 종래기술 '대한민국특허청 등록특허 제10-1509432호 3D 프린터 출력물의 표면 쾌속처리장치'와 같이 아세톤 훈증을 이용하여 출력물 표면을 매끄럽게 하는 기술이 있다. 이는 출력물을 넣는 훈증실과, 훈증실 내부에 출력물을 올려놓는 작업대와, 아세톤 훈증 샤워기와, 훈증된 출력물 표면을 급속냉각하는 냉각장치와, 출력물에 표면마감재를 도포하는 서페이스 샤워기를 포함하고 있다.

이와 같은 종래의 후처리 기술은 훈증실의 규격이 정해져 있어 높이가 상대적으로 높은 출력물을 훈증실 내에 배치할 수 없다. 또한, 바닥, 벽 전체 또는 샤워기에서 훈증이 올라오는 단순한 형태로 되어있어 복잡한 형상의 출력물의 경우 얇고 홈이 많이 파인 영역은 후처리가 많이 되는 등과 같이 형상에 따라서 후처리되는 정도가 불균일할 수 있다는 문제점이 있다.

대한민국특허청 등록특허 제10-1509432호

따라서 본 발명의 목적은 출력물의 높이에 관계없이 출력물의 표면을 매끄럽게 후처리가 가능한 높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치를 제공하는 것이다.

또한 훈증기가 분사되는 분사공의 위치를 조절하고, 거치대를 회전시켜 출력물에 균일하게 후처리가 가능한 높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적은, 출력물 표면 후처리 작업을 위해 훈증이 이루어지는 메인챔버와, 상기 메인챔버 내에 배치되어 출력물을 거치하는 거치부와, 상기 거치부의 하부에 배치되어 훈증액이 저장되는 훈증액저장부와, 상기 훈증액저장부를 가열하여 상기 훈증액을 훈증기로 증발시키는 훈증액가열부를 포함하는 프린터 출력물용 후처리 장치에 있어서, 상기 출력물의 높이에 따라 훈증 공간을 제공하도록 상기 메인챔버에 대해 상하로 슬라이딩 이동가능한 확장챔버와; 상기 메인챔버의 내부에 형성되며 상기 훈증액저장부와 연결되어 훈증기를 상기 메인챔버에 공급하도록 길이방향을 따라 복수의 메인분사공이 형성된 메인노즐과; 단부가 상기 확장챔버와 결합되어 상기 확장챔버의 슬라이딩 이동에 따라 상기 메인노즐로부터 연장되며 길이방향을 따라 복수의 연장분사공이 형성된 연장노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 거치부를 회전구동시키는 거치구동부와; 상기 거치부와 상기 거치구동부를 연결하는 거치연결축을 더 포함하며, 상기 거치연결축은 상기 확장챔버가 슬라이딩 이동함에 따라 길이가 조절되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 메인분사공 및 상기 연장분사공은 원하는 위치에만 훈증기의 공급이 가능하도록 훈증기의 공급 및 차단을 조절하는 분사공마개를 각각 포함하는 것이 바람직하며, 외부로부터의 접근을 차단하도록 상기 메인챔버 또는 상기 확장챔버의 상부에 배치되는 덮개를 더 포함하며, 상기 덮개는 상기 거치부와 연결되어 상기 거치부에 거치되는 상기 출력물을 외부로 꺼낼 수 있는 것이 바람직하다.

상기 연장노즐은 상기 메인노즐의 내부에 중첩 배치되도록 상기 메인노즐의 직경보다 작은 직경을 가지며, 상기 메인노즐과 상기 연장노즐이 중첩배치된 상태에서 상기 연장분사공은 상기 메인분사공과 연결되는 위치에 관통된 것이 바람직하다.

또한, 상기 메인챔버의 상부로 슬라이딩 이동된 상기 확장챔버를 지지하도록 상기 메인챔버로부터 돌출되는 챔버고정돌기를 더 포함하며, 상기 메인챔버 및 상기 확장챔버는 스테인레스 스틸(Stainless steel) 소재로 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면 출력물의 높이에 관계없이 출력물의 표면을 매끄럽게 후처리가 가능한 효과를 얻을 수 있다.

또한 훈증기가 분사되는 분사공의 위치를 조절하고, 거치대를 회전시켜 출력물에 균일하게 후처리가 가능한 효과를 얻을 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 후처리 장치의 사시도이고,
도 2는 후처리 장치의 분리 사시도이고,
도 3a 및 도 3b는 확장챔버가 메인챔버 내부에 설치된 상태에서 슬라이딩 이동상태를 나타내는 단면도이고,
도 4a 및 도 4는 확장챔버가 메인챔버 외부에 설치된 상태에서 슬라이딩 이동상태를 나타내는 단면도이고,
도 5는 분사공마개의 개폐상태를 나타내는 단면도이다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치(10)를 도면을 참고하여 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 후처리 장치(10)는 메인챔버(100)와, 메인챔버(100)로부터 확장되는 확장챔버(200)와, 매인챔버(100) 내에 배치되는 거치부(300)와, 훈증액(1)이 저장되는 훈증액저장부(400)와, 훈증액(1)을 가열하는 훈증액가열부(500)와, 훈증기(3)를 분사하는 메인노즐(600) 및 연장노즐(700)을 포함한다.

메인챔버(100)는 출력물의 표면 후처리 작업을 위해 훈증이 이루어지는 공간으로, 훈증시 손상이 발생하지 않도록 스테인레스 스틸(Stainless steel) 소재로 이루어진다.

도 3에 도시된 바와 같이 메인챔버(100)의 하부에는 훈증액(1)이 저장되는 훈증액저장부(400)가 설치되는데, 훈증액(1)은 일반적으로 아세톤(Acetone)을 사용한다. 이는 아세톤의 화학반응작용을 이용하여 출력물의 표면을 부드럽게 후처리할 수 있으며, 휘발성이 강하여 후처리가 완료된 후 출력물로부터 제거가 용이하기 때문이다.

훈증액저장부(400)의 하부에는 훈증액가열부(500)가 마련되며, 훈증액가열부(500)는 훈증액저장부(400)를 가열하여 훈증액(1)을 훈증기(3)로 증발시키는 역할을 한다. 훈증액가열부(500)는 유해가스를 발생시키지 않고 화재로부터 안전한 인덕션(Induction)을 사용하는 것이 바람직하며, 가열온도는 아세톤의 끓는 점에 맞춰 60 내지 80℃인 것이 바람직하다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 메인챔버(100) 내에 배치되는 출력물의 높이가 메인챔버(100)보다 높을 경우 출력물의 상부까지 훈증이 가능하도록 확장챔버(200)가 구비된다. 확장챔버(200)는 출력물의 높이에 따라 훈증 공간을 제공하도록 메인챔버(100)에 대해 상하로 슬라이딩 이동 가능하게 구비된다. 이와 같은 확장챔버(200)는 사용하지 않을 때에나 높이가 낮은 출력물을 훈증할 때에는 도 3a 및 도 4a에 도시된 바와 같이 메인챔버(100)의 내부 또는 외부에 배치되어 있으며, 출력물의 높이가 높을 때에는 도 3b 및 도 4b에 도시된 바와 같이 메인챔버(100)의 상측으로 슬라이딩을 통해 꺼내어 출력물의 훈증이 가능하도록 한다. 이러한 확장챔버(200)는 메인챔버(100)와 마찬가지로 훈증시 손상이 발생하지 않도록 스테인레스 스틸(Stainless steel) 소재로 이루어진다.

확장챔버(200)를 고정시키는 방법으로는 메인챔버(100)에 형성된 챔버고정돌기(110)를 사용하는데, 챔버고정돌기(110)는 평소에는 메인챔버(100) 내에 삽입되어 있다가 확장챔버(200)를 고정시켜야 하는 경우에는 돌출시켜 확장챔버(200)가 상측으로 슬라이딩된 상태에서 고정되도록 할 수 있다. 챔버고정돌기(110)는 내부에 스프링이 내장되어 사용자가 누름에 따라 돌출되거나 삽입되는 것을 사용할 수 있으며, 평소에는 메인챔버(100) 내부에 삽입된 상태로 있다가 사용자가 메인챔버(100) 내부에서 외부 방향으로 밀게 되면 외부로 돌출되는 구조를 사용할 수도 있다.

메인챔버(100) 내부에는 복수의 메인노즐(600)이 높이 방향을 따라 형성된다. 메인노즐(600)은 훈증액저장부(400)와 연결되어 훈증액저장부(400)에서 가열되어 증발되는 훈증기(3)를 메인챔버(100) 내부에 공급하는 역할을 한다. 아세톤 훈증기(3)가 훈증액저장부(400)로부터 증발되면 메인노즐(600)의 길이 방향을 따라 형성된 복수의 메인분사공(610)을 지나 메인챔버(100) 내로 분사되고 이러한 훈증기(3)를 통해 메인챔버(100) 내의 출력물이 훈증된다.

출력물의 경우 그 형상이 다양한데 메인노즐(600)로부터 거리가 가까운 영역 또는 두께가 얇은 영역은 상대적으로 훈증기(3)가 집중되어 후처리가 많이 될 수 있으며, 메인노즐(600)로부터 거리가 먼 영역이나 출력물 형상이 두꺼운 영역은 후처리가 상대적으로 적게 될 수 있다. 따라서 출력물의 형상에 맞춰 훈증기(3)가 원하는 위치에만 공급하고 후처리가 집중될 우려가 있는 위치에는 훈증기(3)의 공급을 차단할 수 있도록 메인분사공(610) 각각에는 도 5에 도시된 바와 같이 분사공마개(630)가 설치된다. 분사공마개(630)는 후처리 전에 사용자가 메인챔버(100) 내부로 접근하여 수동으로 여닫을 수 있으며, 필요에 따라서는 제어부와 연결하여 자동으로 여닫을 수 있도록 제어할 수 있다.

출력물 훈증시 확장챔버(200)를 사용할 경우 확장챔버(200) 영역에도 훈증기(3)를 공급할 수 있도록 메인노즐(600)로부터 연장되는 연장노즐(700)이 확장챔버(200) 내부에 배치된다. 연장노즐(700)은 메인노즐(600)과 연결되지 않은 단부가 확장챔버(200)와 결합되며, 확장챔버(200)가 슬라이딩 이동에 의해 승강 또는 하강할 때 함께 슬라이딩 이동하여 연장되거나 축소된다. 이에 의해 훈증기(3)는 메인노즐(600)을 타고 연장노즐(700)까지 공급되며, 연장노즐(700)의 길이방향을 따라 형성된 복수의 연장분사공(710)을 지나 확장챔버(200)로 훈증기가 공급된다. 연장분사공(710)에는 메인분사공(610)과 마찬가지로 분사공마개(730)가 설치되며 원하는 영역에만 훈증기(3)가 공급되도록 개폐 가능하다. 또한 연장노즐(700)의 단부는 확장챔버(200)와 결합되도록 단부가 'ㄱ'자 형태로 꺾일 수 있으며, 별도의 결합부를 형성할 수도 있다.

확장챔버(200)를 사용하지 않고 메인챔버(100)의 내부 또는 외부에 중첩되어 있는 경우 연장노즐(700) 역시 메인노즐(600)과 중첩배치되는데, 이때 연장노즐(700)은 메인노즐(600) 내부에 중첩 배치되도록 메인노즐(600)의 직경보다 작은 직경을 가지는 것이 바람직하다. 경우에 따라서 메인노즐(600)의 직경이 연장노즐(700)의 직경보다 더 작아 연장노즐(700)이 외부에 중첩 배치될 수도 있다. 메인노즐(600)과 연장노즐(700)이 중첩 배치된 상태에서도 훈증기(3)의 분사가 원활하게 이루어질 수 있도록 연장분사공(710)은 메인분사공(610)과 연결되는 즉 동일한 위치에 관통 형성되는 것이 바람직하다.

메인챔버(100) 내에는 후처리 대상인 출력물을 거치하는 거치부(300)가 마련되며, 거치부(300)에 거치되는 출력물에 훈증기(3)가 골고루 공급되도록 거치부(300)를 회전시키는 거치구동부(310)를 포함한다. 거치구동부(310)는 일반적으로 사용되는 회전모터를 사용하는 것이 바람직하다. 거치구동부(310)를 통해 거치부(300)를 회전구동시킬 수 있도록 거치부(300)와 거치구동부(310)는 거치연결축(330)에 의해 연결된다. 거치연결축(330)은 연장노즐(700)과 마찬가지로 확장챔버(200)가 메인챔버(100)의 상측으로 슬라이딩 이동될 때 함께 슬라이딩 연장되는 것이 바람직하다.

훈증이 이루어질 때 외부로부터의 접근을 차단하도록 메인챔버(100) 또는 확장챔버(200)의 상부에 배치되는 덮개(800)를 포함한다. 덮개(800)는 메인챔버(100) 만을 사용할 때에는 메인챔버(100)의 상부를 덮으며, 확장챔버(200)를 사용할 때에는 확장챔버(200)의 상부를 덮기 때문에 메인챔버(100)의 둘레와 확장챔버(200)의 둘레 모두를 차단할 수 있는 구조인 복수의 함몰부를 형성하는 것이 바람직하다.

덮개(800)는 또한 거치부(300)와 연결되어 거치부(300)에 출력물을 거치시켜 메인챔버(100) 및 확장챔버(200)에 출력물을 삽입 가능하며, 훈증이 완료된 후에도 사용자가 손을 메인챔버(100) 및 확장챔버(200)에 넣어 들어올리는 방식을 사용하지 않아도 덮개(80)를 올림으로 인해 거치부(300)가 함께 상승하여 출력물을 쉽게 꺼낼 수 있다. 덮개(800)에는 사용자가 쉽게 들어올릴 수 있도록 손잡이(810)가 덮개(800)의 상부에 형성된다.

종래의 후처리 기술은 챔버가 단독으로 이루어져 있기 때문에 삽입가능한 출력물의 규격이 정해져 있어 높이가 상대적으로 높은 출력물을 챔버 내에 배치할 수 없었다. 또한, 훈증기의 분사를 조절할 수 없어 복잡한 형상의 출력물의 경우 얇고 홈이 많이 파인 영역은 후처리가 많이 되는 등과 같이 형상에 따라서 후처리되는 정도가 불균일하다는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 출력물의 높이에 상관없이 출력물 표면을 훈증 가능하며, 출력물의 형상에 맞춰 훈증기의 분사를 조절할 수 있기 때문에 출력물 표면이 매끄럽고 균일하게 훈증된다는 장점이 있다.

1: 훈증액 3: 훈증기
10: 후처리 장치 100: 메인챔버
110: 챔버고정돌기 200: 확장챔버
300: 거치부 310: 거치구동부
330: 거치연결축 400: 훈증액저장부
500: 훈증액가열부 600: 메인노즐
610: 메인분사공 630, 730: 분사공마개
700: 연장노즐 710: 연장분사공
800: 덮개 810: 손잡이

Claims

출력물 표면 후처리 작업을 위해 훈증이 이루어지는 메인챔버와, 상기 메인챔버 내에 배치되어 출력물을 거치하는 거치부와, 상기 거치부의 하부에 배치되어 훈증액이 저장되는 훈증액저장부와, 상기 훈증액저장부를 가열하여 상기 훈증액을 훈증기로 증발시키는 훈증액가열부를 포함하는 프린터 출력물용 후처리 장치에 있어서,
상기 출력물의 높이에 따라 훈증 공간을 제공하도록 상기 메인챔버에 대해 상하로 슬라이딩 이동가능한 확장챔버와;
상기 메인챔버의 내부에 형성되며 상기 훈증액저장부와 연결되어 훈증기를 상기 메인챔버에 공급하도록 길이방향을 따라 복수의 메인분사공이 형성된 메인노즐과;
단부가 상기 확장챔버와 결합되어 상기 확장챔버의 슬라이딩 이동에 따라 상기 메인노즐로부터 연장되며 길이방향을 따라 복수의 연장분사공이 형성된 연장노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 거치부를 회전구동시키는 거치구동부와;
상기 거치부와 상기 거치구동부를 연결하는 거치연결축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치.
제 2항에 있어서,
상기 거치연결축은 상기 확장챔버가 슬라이딩 이동함에 따라 길이가 조절되는 것을 특징으로 하는 높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 메인분사공 및 상기 연장분사공은 원하는 위치에만 훈증기의 공급이 가능하도록 훈증기의 공급 및 차단을 조절하는 분사공마개를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치.
제 1항에 있어서,
외부로부터의 접근을 차단하도록 상기 메인챔버 또는 상기 확장챔버의 상부에 배치되는 덮개를 더 포함하며,
상기 덮개는 상기 거치부와 연결되어 상기 거치부에 거치되는 상기 출력물을 외부로 꺼낼 수 있는 것을 특징으로 하는 높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 연장노즐은 상기 메인노즐의 내부에 중첩 배치되도록 상기 메인노즐의 직경보다 작은 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치.
제 6항에 있어서,
상기 메인노즐과 상기 연장노즐이 중첩배치된 상태에서 상기 연장분사공은 상기 메인분사공과 연결되는 위치에 관통된 것을 특징으로 하는 높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 메인챔버의 상부로 슬라이딩 이동된 상기 확장챔버를 지지하도록 상기 메인챔버로부터 돌출되는 챔버고정돌기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 출력물용 후처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 메인챔버 및 상기 확장챔버는 스테인레스 스틸(Stainless steel) 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 높이 조절이 가능한 3D 프린터 출력물용 후처리 장치.