KR101662501B1

KR101662501B1 - 3차원 프린터

Info

Publication number: KR101662501B1
Application number: KR1020140127079A
Authority: KR
Inventors: 김영민; 고영진; 김근준
Original assignee: 주식회사 케이씨티
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2016-10-06
Also published as: KR20160035451A

Abstract

3차원 프린터가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터는, 소재가 인입되는 소재박스유닛; 소재박스유닛에 결합되며, 소재박스유닛에 적재된 소재가 이송되는 소재이송유닛; 및 소재이송유닛에 결합되며, 소재이송유닛으로부터 이송되는 소재가 인출되는 노즐유닛을 포함한다.

Description

3차원 프린터{THREE-DIMENSIONAL PRINTER}

본 발명은, 3차원 프린터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 소재박스유닛에 인입되어 있는 소재가 노즐유닛으로 이송되도록 마련되어 중단없이 소재의 계속적 공급이 가능한 3차원 프린터에 관한 것이다.

일반적으로 프린터는, 대상물에 문자, 도안 등을 인쇄하는 장치를 의미하는 것으로, 컴퓨터에 연결하여 지면에 인쇄하는 프린터 장치 등은 업무용, 가정용으로서 널리 사용되고 있다.

종래의 프린터는, 프린트 대상물이 되는 종이 혹은 시트재를 소정의 방향으로 이동하면서 미세 잉크를 분사하여 2차원 인쇄를 하는 것이었으나, 최근 3차원 형상을 성형할 수 있는 3차원 프린터가 등장하였다.

3차원 프린터는 컴퓨터 등의 신호에 따라 플레이트에 물질을 연속적으로 분사하여 적층하면서 3차원 물체를 만들어내는 장치이며, 다른 제조 기술에 비해 사용하기 편리하고, 확장성이 높아 제조업에서 의료기기업 분야까지 다양한 분야로 확장가능한 장점이 있다.

특히, 3차원 기술을 활용하면 비용과 효율성을 높일 수 있기 때문에 변화가 빠른 제조업 분야에 활용도가 매우 높은 장점도 갖추고 있다.

한편, 3차원 프린터는 지난 수년 사이에 오픈소스를 기반으로 급속히 발전하여 왔는데, 불과 1~2년 사이에 국내에서도 3차원 프린터를 데스크탑의 용도로 개발하여 대중화에 나서고 있으며, 인터넷 쇼핑몰 등을 이용하여 점차 폭넓게 확산되어가고 있는 추세이다.

여기서, 3차원 프린터의 프린팅 방식은 크게 FDM방식(Fused Deposition Modelling)과 DLP방식(Digital Light Processing), SLA방식(Stereolithography Apparatus) 그리고 SLS방식(Selective Laser Sintering)으로 구분되어 질 수 있다.

하지만, 종래 3차원 프린터, 예를 들어, FDM 방식의 프린터의 경우, 열경화성 수지가 가느다란 실(Thread)의 형태로 형성되는 필라멘트를 소재로 사용하는데, 필라멘트를 사용하게 되면, 필라멘트가 3차원 프린터에 공급되는 중 끊어짐이 발생하거나 필라멘트 상호간 꼬임이 발생하여 소재의 계속적 공급이 중단되므로, 이에 의해, 출력물의 품질저하와 3차원 프린터의 오작동이 발생되는 문제점이 있었다.

대한민국등록특허 등록번호:제10-1430583호(공고일자:2014년08월21일)

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 소재박스유닛에 인입되어 있는 소재가 노즐유닛으로 이송되도록 마련되어 중단없이 소재의 계속적 공급이 가능하며, 이에 의해, 출력물의 품질이 향상되고 오작동이 방지될 수 있는 3차원 프린터를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 소재가 인입되는 소재박스유닛; 상기 소재박스유닛에 결합되며, 상기 소재박스유닛에 적재된 상기 소재가 이송되는 소재이송유닛; 및 상기 소재이송유닛에 결합되며, 상기 소재이송유닛으로부터 이송되는 상기 소재가 인출되는 노즐유닛을 포함하는 3차원 프린터가 제공될 수 있다.

또한, 상기 소재이송유닛은, 상기 소재박스유닛에 결합되어 상기 소재가 이동하도록 마련되는 이송연결유닛; 및 상기 이송연결유닛에 결합되며, 상기 이송연결유닛으로부터 유입되는 상기 소재를 상기 노즐유닛으로 제공하는 소재제공유닛을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 소재제공유닛은, 상기 노즐유닛에 결합되는 본체유닛; 및 상기 본체유닛의 내부에서 회전을 통해 상기 소재를 이동시키는 회전유닛을 포함할 수 있다.

또한, 상기 소재제공유닛은, 상기 회전유닛에 결합되어 상기 회전유닛에 회전력을 제공하는 회전력제공유닛을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 회전유닛은, 외측에 나사산과 나사골이 형성되어 있는 리드스크류를 포함할 수 있다.

또한, 상기 나사골은 가상의 수평선에 대해 미리 결정된 각도만큼 기울어지도록 경사가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 소재가 상기 노즐유닛을 통해 미리 설정된 압력에 따라 인출될 수 있도록, 상기 회전유닛은 회전을 통해 상기 소재를 가압하도록 마련될 수 있다.

또한, 상기 회전력제공유닛에 연결되어 상기 회전유닛에 제공되는 회전력을 제어하는 제어유닛을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 노즐유닛으로 유입되는 상기 소재를 가열하기 위해 상기 노즐유닛에 결합되는 히팅유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 히팅유닛은 상기 히팅유닛의 온도를 측정하기 위해 설치되는 온도센서를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 히팅유닛에 의해 발생되는 열이 상기 소재이송유닛으로 전달되는 것을 차단하기 위해 상기 히팅유닛에 결합되는 열전달방지유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 회전력제공유닛의 지지를 위해 상기 회전력제공유닛이 결합되는 지지브라켓을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 소재박스유닛은, 내부 소재의 상태를 확인할 수 있도록, 투명재질로 마련되거나, 투명창을 포함하도록 마련될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 소재가 인입되는 소재박스유닛; 상기 소재박스유닛에 결합되며, 상기 소재박스유닛에 적재된 상기 소재가 이송되는 제1소재이송유닛; 상기 제1소재이송유닛에 결합되며, 상기 제1소재이송유닛으로부터 전달되는 상기 소재를 유출하는 제1노즐유닛; 상기 소재박스유닛에 결합되며, 상기 소재박스유닛에 적재된 상기 소재가 이송되는 제2소재이송유닛; 상기 제2소재이송유닛에 결합되며, 상기 제2소재이송유닛으로부터 전달되는 상기 소재를 유출하는 제2노즐유닛; 및 상기 소재박스유닛에 적재된 상기 소재가 상기 제1소재이송유닛과 상기 제2소재이송유닛으로 분할되어 이송될 수 있도록, 상기 제1소재이송유닛과 상기 제2소재이송유닛의 사이에 설치되는 소재이송분리유닛을 포함하는 3차원 프린터가 제공될 수 있다.

또한, 상기 소재는 복수의 알갱이 형태로 마련되어 상기 소재박스유닛에 인입될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 소재박스유닛에 인입되어 있는 소재가 노즐유닛으로 이송되도록 마련되어 중단없이 소재의 계속적 공급이 가능하며, 이에 의해, 출력물의 품질이 향상되고 오작동이 방지될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 프린터의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 프린터의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 프린터에서 소재박스유닛과, 소재이송유닛과, 노즐유닛을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 A 부분의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 프린터에서 소재박스유닛과, 소재이송유닛과, 노즐유닛을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 프린터에서 소재박스유닛과, 소재이송유닛과, 노즐유닛을 도시한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 명세서에서 사용되는 '일측'과 '타측'의 용어는 특정된 측면을 의미할 수도 있고, 또는, 특정된 측면을 의미하는 것이 아니라 복수의 측면 중 임의의 측면을 일측이라 지칭하면, 이에 대응되는 다른 측면을 타측이라 지칭하는 것으로 이해되어질 수 있다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 프린터의 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 프린터의 평면도이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 프린터에서 소재박스유닛과, 소재이송유닛과, 노즐유닛을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 A 부분의 확대도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터(100)는, 소재(M)가 인입되는 소재박스유닛(200)과, 소재박스유닛(200)에 결합되며, 소재박스유닛(200)에 적재된 소재(M)가 이송되는 소재이송유닛(300)과, 소재이송유닛(300)에 결합되며, 소재이송유닛(300)으로부터 이송되는 소재(M)가 인출되는 노즐유닛(400)을 포함한다.

3차원 프린터(100)는 컴퓨터 등에 연결되어 컴퓨터로부터 입력되는 명령에 따라 작동되도록 마련될 수 있다.

여기서, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 3차원 프린터(100)는, 소재박스유닛(200)에 적재되어 있는 소재(M)가 소재이송유닛(300)을 통해 노즐유닛(400)으로 이송되고, 노즐유닛(400)을 통해 인출되는 소재(M)를 적층시켜 출력물을 프린팅하도록 마련될 수 있다.

노즐유닛(400)의 하측에는 출력물이 적층되는 적층플레이트(P, 도 2 참조)가 배치될 수 있다. 여기서, X축, Y축, Z축을 가지는 3차원 직교좌표계를 기준으로, 적층플레이트(P)는 Z축 방향, 즉, 상하방향으로 움직이고, 소재박스유닛(200)과, 소재이송유닛(300)과, 노즐유닛(400)은 레일(R)을 따라 X축 및 Y축 방향으로 움직이면서 출력물을 적층하도록 마련될 수 있다.

다만, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 소재박스유닛(200)과, 소재이송유닛(300)과, 노즐유닛(400)이 X축, Y축 및 Z축 방향으로 움직이도록 마련될 수도 있고, 또한, 다른 방향으로의 움직임도 가능하다.

도 3을 참조하면, 소재박스유닛(200)은 소재(M)가 인입되도록 마련될 수 있다. 여기서, 소재박스유닛(200)은 내부에 중공이 형성될 수 있는데, 소재(M)는 소재박스유닛(200) 내부의 중공에 인입 후 적재될 수 있다.

그리고, 소재박스유닛(200)은 사각형의 박스형태로 마련될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 소재박스유닛(200)은 소재(M)를 담을 수 있는 다양한 형상으로 마련될 수 있다.

소재박스유닛(200)의 상부에는 소재박스유닛(200)을 개폐할 수 있는 덮개(C)가 결합될 수 있는데, 출력물을 프린팅하는 경우 이러한 덮개(C)에 의해 소재(M)가 소재박스유닛(200) 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 소재박스유닛(200)은 내부 소재(M)의 상태를 확인할 수 있도록 투명재질로 마련될 수 있다. 즉, 소재박스유닛(200) 내부 상태의 확인을 통해 출력물에 필요한 소재(M)의 분량이 충분한지 또는 보충을 해야하는지를 파악할 수 있게 된다.

다만, 소재박스유닛(200)이 투명재질이 아닌 경우, 소재박스유닛(200)의 일측에 투명창(210)이 마련될 수 있다. 이 경우, 투명창(210)을 통해 소재박스유닛(200) 내부의 소재(M) 상태를 파악할 수 있게 된다.

한편, 소재(M)는 다양한 재질로 마련될 수 있는데, 특히, PLA(Poly Lactic Acid), PVC(Polyvinyl Chloride), PVA(Polyvinyl Alcohol), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등의 열가소성 수지로 마련될 수 있다. 다만, 소재(M)가 이에 한정되는 것은 아니며, 3차원 프린터(100)에 적용가능한 다양한 재질이 포함될 수 있다.

도 3을 참조하면, 소재(M)는 복수의 알갱이 형태로 마련되어 소재박스유닛(200)에 인입될 수 있다. 여기서, 소재(M)는 원형의 고체 알갱이로 마련될 수도 있지만, 소재(M)의 형상은 다양하게 마련될 수 있다.

소재(M)가 복수의 알갱이 형태로 마련되어 소재박스유닛(200)으로부터 소재이송유닛(300)을 통해 노즐유닛(400)으로 이송되는 경우, 종래의 필라멘트와 같은 끊어짐이나 꼬임이 발생하지 않게 되며, 이에 의해, 노즐유닛(400)으로 중단없이 소재(M)의 계속적 공급이 가능하므로, 출력물의 품질이 향상되고 오작동이 방지될 수 있는 효과가 있다.

도 3을 참조하면, 소재이송유닛(300)은 소재박스유닛(200)에 결합되며 소재박스유닛(200)에 적재된 소재(M)가 노즐유닛(400)으로 이송되도록 마련된다.

여기서, 도 3을 참조하면, 소재이송유닛(300)은 이송연결유닛(310)과, 소재제공유닛(320)을 포함할 수 있다.

이송연결유닛(310)은 소재박스유닛(200)과 후술하는 본체유닛(321)에 결합되며, 소재박스유닛(200)에 적재되어 있는 소재(M)가 본체유닛(321)으로 이동하도록 마련된다. 여기서, 이송연결유닛(310)의 내부는 소재(M)가 이동할 수 있도록 중공이 형성될 수 있다.

그리고, 소재제공유닛(320)은 이송연결유닛(310)에 결합되며, 이송연결유닛(310)으로부터 유입되는 소재(M)를 노즐유닛(400)으로 제공하도록 마련된다.

여기서, 도 3을 참조하면, 소재제공유닛(320)은 본체유닛(321)과, 회전유닛(322)을 포함할 수 있으며, 회전유닛(322)에 결합되어 회전유닛(322)에 회전력을 제공하는 회전력제공유닛(324)을 더 포함할 수 있다.

본체유닛(321)은 노즐유닛(400)에 결합되며, 회전유닛(322)이 배치될 수 있도록 내부에는 중공이 형성될 수 있다. 여기서, 이송연결유닛(310)이 본체유닛(321)에 결합될 수 있는데, 이송연결유닛(310)으로부터 본체유닛(321)으로 이송되는 소재(M)가 본체유닛(321)을 통해 노즐유닛(400)으로 제공될 수 있다.

회전유닛(322)은 본체유닛(321) 내부에 배치되며, 본체유닛(321)의 내부에서 회전을 통해 소재(M)를 노즐유닛(400)으로 이동시키도록 마련될 수 있다.

여기서, 회전유닛(322)은 상측에서 회전유닛(322)을 바라보는 것을 기준으로 시계방향 및 반시계방향 중 적어도 하나의 방향으로 회전할 수 있다.

그리고, 회전유닛(322)은 회전력제공유닛(324)에 결합되어 회전력을 제공받을 수 있는데, 여기서, 회전력제공유닛(324)은 다양한 장치로 마련될 수 있으며, 특히, 모터로 마련되어 회전유닛(322)에 결합될 수 있다.

또한, 회전력제공유닛(324)은 지지브라켓(800)에 결합되어 지지될 수 있는데, 지지브라켓(800)은 X축 또는 Y축으로 이동가능한 레일(R)에 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 회전유닛(322)은 외측에 나사산(326)과 나사골(327)이 형성되어 있는 리드스크류(323)를 포함할 수 있다. 즉, 소재(M)가 이송연결유닛(310)으로부터 본체유닛(321)으로 이송되면, 소재(M)는 본체유닛(321) 내부에 배치되어 있는 리드스크류(323)에 접촉하게 되는데, 이때, 리드스크류(323) 외측에 형성되어 있는 나사골(327)에 안착될 수 있다.

여기서, 나사골(327)은 가상의 수평선(L)에 대해 미리 결정된 각도(θ)만큼 기울어지도록 경사가 형성될 수 있는데, 리드스크류(323)가 회전하게 되면 경사가 형성된 나사골(327)에 안착되어 있는 소재(M)는 나사골(327)의 회전을 따라 하측방향으로 이동하게 되어 노즐유닛(400)으로 제공될 수 있게 된다.

그리고, 소재(M)가 노즐유닛(400)으로 제공되면 후술하는 히팅유닛(600)에 의해 가열되어 고체의 소재(M)가 반고체 내지 유체로 변형될 수 있으며, 이러한 반고체 내지 유체화된 소재(M)가 노즐유닛(400)을 통해 인출되면서 적층플레이트(P)에 적층되어 출력물이 생성될 수 있게 된다.

여기서, 소재(M)가 노즐유닛(400) 상측으로부터 낙하하여 노즐유닛(400)에 제공되면, 후술하는 히팅유닛(600)에 의해 소재(M)가 가열되므로 노즐유닛(400)에는 반고체 내지 유체화된 소재(M)가 존재하고, 반고체 내지 유체화된 소재(M) 상측에는 고체의 소재(M)가 적재되는데, 리드스크류(323)가 계속 회전하게 되면 고체의 소재(M)가 계속 낙하하므로 리드스크류(323)로부터 제공되는 소재(M)가 연속적으로 하강하여 쌓이게 된다.

그리고, 반고체 내지 유체화된 소재(M)의 상측에 쌓이는 고체의 소재(M)는 리드스크류(323)에 접촉하게 되는데, 리드스크류(323)가 계속해서 회전하게 되면, 리드스크류(323)에 접촉되어 있는 소재(M)를 가압하게 된다.

이러한 회전에 의해 리드스크류(323)가 소재(M)를 가압하게 되며, 반고체 내지 유체로 용융된 소재(M)가 노즐유닛(400)을 통해 미리 설정된 압력에 따라 인출될 수 있도록 마련될 수 있게 된다.

여기서, 리드스크류(323)에 결합되어 있는 회전력제공유닛(324)의 회전력을 조절하여 리드스크류(323)의 회전정도를 조절할 수 있으며, 노즐유닛(400)으로 제공된 소재(M)의 가압정도를 조절할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 프린터(100)는 회전력제공유닛(324)에 연결되어 리드스크류(323)에 제공되는 회전력을 제어하는 제어유닛(500)을 포함할 수 있는데, 여기서, 제어유닛(500)에 의해 노즐유닛(400)으로 제공된 소재(M)의 가압정도를 제어하여 소재(M)의 인출량을 조절할 수 있게 된다.

도 3을 참조하면, 노즐유닛(400)은 소재이송유닛(300) 중 본체유닛(321)에 결합되며, 이송연결유닛(310)으로부터 제공되는 소재(M)가 인출되도록 마련될 수 있다.

여기서, 노즐유닛(400)에는 노즐유닛(400)으로 유입되는 소재(M)를 가열하기 위한 히팅유닛(600)이 결합될 수 있는데, 예를 들어, 히팅유닛(600)은 노즐유닛(400)을 감싸도록 마련되어 노즐유닛(400)을 가열하며 이에 의해, 고체 소재(M)의 알갱이가 용융되어 반고체 내지 유체로 변형될 수 있다.

그리고, 히팅유닛(600)은 다양한 가열장치로 마련될 수 있는데, 예를 들어, 전기히터를 포함하도록 마련될 수 있다.

한편, 히팅유닛(600)은 히팅유닛(600)의 온도를 측정하기 위해 일측에 온도센서(610)가 설치될 수 있다. 즉, 소재(M)의 종류에 따라 용융점이 달라질 수 있으므로, 온도센서(610)를 통해 히팅유닛(600)의 가열온도를 파악하게 되며, 소재(M)에 적합한 온도로 조절할 수 있게 된다.

도 3을 참조하면, 열전달방지유닛(700)은 히팅유닛(600)에 의해 발생되는 열이 소재이송유닛(300)으로 전달되는 것을 차단하기 위해 히팅유닛(600)에 결합될 수 있다. 이는 본체유닛(321)으로 이송된 고체의 소재(M)가 용융되는 것을 방지하기 위함이다.

즉, 소재박스유닛(200)으로부터 이송되는 고체의 소재(M)는 리드스크류(323)에 의해 노즐유닛(400)측으로 이동하게 되며, 히팅유닛(600)에 의해 가열되어 용융된 후 노즐유닛(400)을 통해 인출된다.

여기서, 히팅유닛(600)이 결합되어 있는 노즐유닛(400) 내부의 소재(M)는 반고체 내지 유체상태이지만, 노즐유닛(400)과 결합되어 있는 본체유닛(321) 내부의 소재(M)는 고체상태로 유지되는 것이 소재(M)의 이송에 유리하다.

즉, 전술한 바와 같이, 반고체 내지 유체화된 소재(M)의 상측에 쌓이는 소재(M)는 리드스크류(323)에 접촉하게 되는데, 여기서 만약 리드스크류(323)에 접촉하는 소재(M)가 반고체 내지 유체화된 소재(M)라면 리드스크류(323)가 회전하는 경우 형상이 변하면서 노즐유닛(400)에 존재하는 소재(M)로 가압력을 충분히 전달할 수 없는 현상이 발생될 수 있으며, 이에 의해, 노즐유닛(400)을 통해 소정의 압력으로 소재(M)를 인출하는 것이 용이하지 않을 수 있다.

따라서, 열전달방지유닛(700)이 히팅유닛(600)으로부터 발생되는 열을 차단하여 본체유닛(321) 내부에 적재되어 있는 고체 소재(M)가 용융되는 것을 방지하며, 이에 의해, 노즐유닛(400) 내부의 용융된 소재(M)가 소정의 압력으로 인출될 수 있는 효과가 있다.

여기서, 열전달방지유닛(700)은 열을 차단하도록 마련되는 다양한 종류의 단열재가 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 프린터(100)에서, 소재박스유닛(200)에 인입되어 있는 소재(M)가 노즐유닛(400)으로 이송되도록 마련되어 중단없이 소재(M)의 계속적 공급이 가능하며, 이에 의해, 출력물의 품질이 향상되고 오작동이 방지될 수 있는 작용 및 효과에 대해 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 프린터(100)는, 소재박스유닛(200)과, 소재이송유닛(300)과, 노즐유닛(400)이 레일(R)을 따라 X축 및 Y축 방향으로 움직이도록 마련되고, 그 하부에 적층플레이트(P)가 배치되어 Z축 방향으로 움직이도록 마련되며, 노즐유닛(400)을 통해 인출되는 소재(M)를 적층시켜 출력물을 프린팅하도록 마련될 수 있다.

도 3을 참조하면, 소재박스유닛(200) 내부에는 고체로 마련되는 복수의 알갱이 형태의 소재(M)가 인입된다. 그리고, 복수의 알갱이 형태의 소재(M)는 중력에 의해 하강하여 소재박스유닛(200)에 결합되어 있는 이송연결유닛(310)으로 이동하게 된다.

여기서, 이송연결유닛(310)은 본체유닛(321)에 결합되어 있으므로, 이송연결유닛(310)으로 이동한 소재(M)는 역시 중력에 의해 본체유닛(321)으로 이동하게 된다.

본체유닛(321)의 내부에는, 가상의 수평선(L)에 대해 경사가 형성되는 나사산(326)과 나사골(327)을 가지는 리드스크류(323)를 포함하는 회전유닛(322)이 배치되어 있으며, 본체유닛(321)으로 이동한 소재(M)는 리드스크류(323)의 나사골(327)에 안착된다.

그리고, 회전유닛(322)이 회전하게 되면 리드스크류(323)의 나사골(327)에 안착되어 있는 소재(M)는 나사골(327)을 따라 회전하면서 하측으로 이동하게 된다.

여기서, 회전유닛(322)의 하측에는, 히팅유닛(600)에 결합되어 있는 노즐유닛(400)이 설치되어 있으므로, 나사골(327)을 따라 하측으로 이동한 소재(M)는 노즐유닛(400)으로 이송된 후 히팅유닛(600)에 의해 가열되어 용융되며, 반고체 내지 유체의 소재(M)로 변형된다.

그리고, 회전유닛(322)이 계속적으로 회전을 하게 되면, 노즐유닛(400) 내부의 반고체 내지 유체의 소재(M)는 본체유닛(321) 내부의 고체 소재(M)에 접촉되고 가압되어 소정의 압력을 받게 되며, 이에 의해, 용융 상태의 소재(M)는 노즐유닛(400)을 통해 미리 설정된 범위로 가압되면서 인출되어 출력물을 프린팅할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 프린터에서 소재박스유닛과, 소재이송유닛과, 노즐유닛을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 프린터(100)에서, 소재박스유닛(200)에 인입되어 있는 소재(M)가 노즐유닛(400)으로 이송되도록 마련되어 중단없이 소재(M)의 계속적 공급이 가능하며, 이에 의해, 출력물의 품질이 향상되고 오작동이 방지될 수 있는 작용 및 효과에 대해 설명하되, 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 프린터(100)에서 설명한 내용과 공통되는 부분은 전술한 설명으로 대체한다.

본 발명의 제2실시예는 소재박스유닛(200)과, 소재이송유닛(300)과, 노즐유닛(400)이 각각 복수로 마련된다는 점에서 제1실시예와 차이가 있다.

도 5를 참조하면, 소재박스유닛(200)과, 소재이송유닛(300)과, 노즐유닛(400)이 각각 2개로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라, 소재박스유닛(200)과, 소재이송유닛(300)과, 노즐유닛(400)은 이보다 많은 개수로 마련될 수 있다.

여기서, 복수의 소재박스유닛(200)에는 동일한 소재(M)가 인입될 수 있으며, 이 경우, 복수의 노즐유닛(400) 각각을 통해 동일한 소재(M)가 인출되므로, 프린팅시 소재(M)의 인출량이 증대될 수 있다. 따라서, 출력물의 프린팅 시간이 단축될 수 있고, 또한, 소재(M)의 단절없이 계속적 공급이 가능한 효과가 있다.

또는, 각각의 소재박스유닛(200)에 서로 다른 소재(M)가 인입될 수 있는데, 여기서, 서로 다른 소재(M)에는 성분이 다른 경우뿐만 아니라 색상이 다른 경우도 포함된다.

즉, 상이한 색상의 소재(M)를 각각의 소재박스유닛(200)에 인입 후 프린팅을 하게 되면, 단일색이 아닌 다양한 색상을 지닌 멀티칼라의 출력물이 프린팅될 수 있는 효과가 있다.

그리고, 색상에 관계없이 출력물의 부분에 따라 서로 다른 재질에 의해 프린팅되어져야할 때가 있는데, 여기서, 복수의 소재박스유닛(200) 각각에 성분이 다른 소재(M)를 인입 후 필요한 부분에 각각의 소재(M)를 프린팅하여 보다 사실감이 있는 출력물을 프린팅할 수 있는 효과가 있다.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 프린터에서 소재박스유닛과, 소재이송유닛과, 노즐유닛을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 프린터(100)에서, 소재박스유닛(200)에 인입되어 있는 소재(M)가 노즐유닛(400)으로 이송되도록 마련되어 중단없이 소재(M)의 계속적 공급이 가능하며, 이에 의해, 출력물의 품질이 향상되고 오작동이 방지될 수 있는 작용 및 효과에 대해 설명하되, 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 3차원 프린터(100)에서 설명한 내용과 공통되는 부분은 전술한 설명으로 대체한다.

본 발명의 제3실시예는 소재이송분리유닛(900)에 의해 소재박스유닛(200)에 적재된 소재(M)가 제1소재이송유닛(300A)과 제2소재이송유닛(300B)으로 분할되어 이송될 수 있다는 점에서 제1실시예 및 제2실시예와 차이가 있다.

도 6을 참조하면, 제1소재이송유닛(300A)과 관련된 구성은 도면부호에 알파벳 대문자 A가 표시되어 있고, 제2소재이송유닛(300B)과 관련된 구성은 도면부호에 알파벳 대문자 B가 표시되어 있다.

여기서, 소재(M)가 인입되는 소재박스유닛(200)은 제1실시예와 공통되므로, 제1실시예의 설명으로 대체하기로 한다.

한편, 도 6을 참조하면, 본 발명의 제3실시예는 소재이송유닛(300A, 300B)이 복수로 마련되는데, 여기서, 제1소재이송유닛(300A)과 제2소재이송유닛(300B)은 소재박스유닛(200)에 각각 결합되며 소재박스유닛(200)에 인입되어 적재되어있는 소재(M)가 제1소재이송유닛(300A)과 제2소재이송유닛(300B)으로 이송된다.

그리고, 제1소재이송유닛(300A)에는 제1노즐유닛(400A)이 결합되고, 제2소재이송유닛(300B)에는 제2노즐유닛(400B)이 결합되며, 소재박스유닛(200)으로부터 이송된 소재(M)가 제1노즐유닛(400A)과 제2노즐유닛(400B)을 통해 각각 인출되도록 마련된다.

여기서, 소재이송분리유닛(900)은 제1소재이송유닛(300A)과 제2소재이송유닛(300B)의 사이에 설치되어 소재박스유닛(200)에 적재된 소재(M)가 제1소재이송유닛(300A)과 제2소재이송유닛(300B)으로 분할되어 이송될 수 있도록 마련된다.

즉, 소재이송분리유닛(900)은 하나의 소재박스유닛(200)에 적재되어 있는 소재(M)가 제1소재이송유닛(300A)과 제2소재이송유닛(300B)으로 각각 균등하게 이송될 수 있도록 마련된다. 다만, 소재이송분리유닛(900)의 위치를 조절하여 제1소재이송유닛(300A)과 제2소재이송유닛(300B)으로 이송되는 소재(M)의 분량이 동일하게 또는 서로 다르게 조절할 수 있다.

그리고, 제1소재이송유닛(300A)과 제2소재이송유닛(300B) 중 하나의 이송로를 차단하여서 제1소재이송유닛(300A) 및 제2소재이송유닛(300B) 중 하나의 방향으로만 소재(M)가 이송되도록 마련될 수도 있다.

여기서, 본 발명의 제3실시예의 경우, 복수의 노즐유닛(400A, 400B)을 통해 소재(M)가 각각 인출되므로 서로 다른 위치에 소재(M)를 인출하여 출력물을 프린팅할 수 있고, 복수의 노즐유닛(400A, 400B)을 통해 소재(M)가 인출되므로 출력물의 프린팅 속도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 3차원 프린터 200 : 소재박스유닛
210 : 투명창 300 : 소재이송유닛
310 : 이송연결유닛 320 : 소재제공유닛
321 : 본체유닛 322 : 회전유닛
323 : 리드스크류 324 : 회전력제공유닛
326 : 나사산 327 : 나사골
400 : 노즐유닛 500 : 제어유닛
600 : 히팅유닛 610 : 온도센서
700 : 열전달방지유닛 800 : 지지브라켓
900 : 소재이송분리유닛

Claims

복수의 알갱이 형태를 가지는 고체상태의 소재가 인입되는 소재박스유닛;
상기 소재박스유닛에 결합되며, 상기 소재박스유닛에 적재된 상기 소재가 이송되는 소재이송유닛;
상기 소재이송유닛에 결합되며, 상기 소재이송유닛으로부터 이송된 상기 소재를 용융시켜 용융된 상기 소재를 인출하는 노즐유닛;
상기 노즐유닛에 결합되며, 상기 노즐유닛으로 유입된 상기 소재가 용융되도록 상기 소재를 가열하는 히팅유닛; 및
상기 히팅유닛에 의해 발생되는 열이 상기 소재이송유닛으로 전달되는 것을 차단하기 위해 상기 히팅유닛에 결합되는 열전달방지유닛을 포함하며,
상기 소재이송유닛은,
상기 소재박스유닛에 결합되어 상기 소재가 이동하도록 마련되는 이송연결유닛; 및
상기 이송연결유닛에 결합되며, 상기 이송연결유닛으로부터 유입되는 상기 소재를 상기 노즐유닛으로 제공하는 소재제공유닛을 포함하고,
상기 소재제공유닛은,
상기 노즐유닛에 연결되는 본체유닛; 및
상기 본체유닛의 내부에서 회전을 통해 고체상태의 상기 소재를 이동시키고 상기 노즐유닛 내부의 용융된 상기 소재를 가압하는 회전유닛을 포함하며,
상기 회전유닛은 외측에 나사산과 나사골이 형성되어 있는 리드스크류를 포함하며,
상기 열전달방지유닛은 상기 본체유닛과 상기 노즐유닛 사이에 배치되며, 상기 열전달방지유닛의 내부에는 상기 본체유닛의 내부 및 상기 노즐유닛의 내부에 연통되는 중공부가 마련되며,
상기 리드스크류의 말단부는 상기 본체유닛의 내부 또는 상기 열전달방지유닛의 상기 중공부에 배치되는 3차원 프린터.
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제1항에 있어서,
상기 소재제공유닛은, 상기 회전유닛에 결합되어 상기 회전유닛에 회전력을 제공하는 회전력제공유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
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제1항에 있어서,
상기 나사골은 가상의 수평선에 대해 미리 결정된 각도만큼 기울어지도록 경사가 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
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제4항에 있어서,
상기 회전력제공유닛에 연결되어 상기 회전유닛에 제공되는 회전력을 제어하는 제어유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
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제1항에 있어서,
상기 히팅유닛은 상기 히팅유닛의 온도를 측정하기 위해 설치되는 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
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제4항에 있어서,
상기 회전력제공유닛의 지지를 위해 상기 회전력제공유닛이 결합되는 지지브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제1항에 있어서,
상기 소재박스유닛은, 내부 소재의 상태를 확인할 수 있도록, 투명재질로 마련되거나, 투명창을 포함하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
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