KR101682602B1 - 3d프린터의 샤프트간 평행도 조정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3D프린터의 샤프트간 평행도 조정장치에 관한 것으로서, 캐리어 또는 작업대를 X,Y,Z 샤프트 방향으로 정확한 직선운동이 이루어지도록 지지하는 복수의 샤프트에 대하여 평행도가 유지되도록 조정장치를 구성하여, 상기 조정장치에 의해 상기 캐리어 또는 작업대의 정확한 직선운동이 원활하게 이루어지도록 함으로써, 3D 프린터의 인쇄품질 및 생산성을 향상시키도록 하는 데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은, 캐리어 또는 작업대의 X, Y, Z 샤프트 방향의 정확한 직선운동이 이루어지도록 하는 복수의 샤프트이 구성된 3D 프린터에 있어서, 상기 복수의 샤프트(110) 중 어느 하나 또는 이들 모두에는 복수의 샤프트(110) 상호 간에 내부적인 요인 또는 외부적인 요인에 의해 발생한 평행도 오차를 조정하기 위한 조정장치(200);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3D프린터의 샤프트간 평행도 조정장치{Apparatus for Parallelism adjustment between two shafts used for linear motion in 3D printer}

본 발명은 3D프린터의 샤프트간 평행도 조정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 캐리어 또는 작업대를 X,Y,Z 샤프트 방향으로 정확한 직선운동이 이루어지도록 지지하는 복수의 샤프트에 대하여 평행도가 유지되도록 조정장치를 구성하여, 상기 조정장치에 의해 상기 캐리어 또는 작업대의 정확한 직선운동이 원할하게 이루어지도록 함으로써, 3D 프린터의 인쇄품질 및 생산성을 향상시키도록 하는 3D프린터의 샤프트간 평행도 조정장치에 관한 것이다.

근래에, 물체에 대한 3D 데이터를 이용하여 그 물건을 그대로 성형할 수 있는 3D 프린터의 사용이 증대되고 있다. 이러한 3D 프린터는 대량생산 이전의 모델링이나 샘플 제작과 같은 용도로 활용되었으나, 최근에는 다품종 소량생산 제품을 중심으로 양산 가능한 제품의 성형에도 사용될 수 있는 기술적 기반이 조성되고 있다.

그리고, 첨가형의 일종으로 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트 이송장치를 통해 공급하고, 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 X,Y,Z 세 방향으로 위치조절되는 3차원 이송기구에 장착된 히터노즐에서 용융시켜서 배출함으로써, 2차원 평면형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형하는 필라멘트 용융 적층 성형방법이 있다.

이러한 3차원 프린터 방식은 가는 실 형태로 가공한 열가소성 수지를 프린터헤드(또는 '압출기'라고도 함)를 통하여 녹여서 분사하며 한 층씩 적층하여 조형하는 FDM(Fused Deposition Modeling)방식이라 한다.

이외에도, 광경화성 수지를 프린터헤드를 통하여 녹여서 잉크젯 프린터처럼 분사한 후 UV light로 경화시키면서 적층하여 조형하는 MJM(Multi Jet Modeling)방식 또는 광경화성 수지에 레이저광선을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(Stereo Lithographic Apparatus) 방식 및 SLA에서의 광경화성 수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하여 고결(固結)시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS(Selective Laser Sintering)방식 등이 있다.

이 중 FDM 방식의 3D 프린터의 일례를 살펴보면, 대한민국 등록특허 제1346704호(2013.12.24. 등록)의 멀티칼라 제품성형이 가능한 3D 프린터는, 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임(1)의 상부에 배치되는 X직선이동기구(4)와 Y직선이동기구(7)에 탑재되어 X,Y방향으로 위치조절되는 히터노즐(20)과, 상기 히터노즐(20)에 대하여 상대적으로 Z방향으로 위치조절되는 Z직선운동기구(14)에 탑재되는 작업대(18)와, 상기 프레임(1)의 일측에 배치되며 와이어 형태로 된 복수의 열가소성 필라멘트(3)를 상기 히터노즐(20)로 각각 이송하는 복수의 필라멘트이송부(31)를 구비하고, 상기 히터노즐(20)은 상기 복수의 필라멘트(3)가 개별적으로 도입되는 복수의 도입공(22)이 형성된 노즐바디(21)와, 이들 복수의 도입공(22)이 단일의 통로로 합류되어 배출되는 단일의 배출공이 형성된 노즐헤드와, 상기 히터노즐(20)의 X,Y,Z 상의 위치조절과 상기 복수의 필라멘트이송부(31)의 이송동작을 개별적으로 제어하는 콘트롤러(2)로 구성된다.

이에 따라, X직선이동기구(4)와 Y직선이동기구(7)에 의해 히터노즐(20)이 이동하고, Z직선이동기구(14)에 의해 작업대(18)가 이동하면서, 상기 작업대(18) 상에 3차원의 성형물을 순차적으로 적층하여 성형하게 된다.

또한, 3D 프린터는, 상기한 방식 외에 캐리어에 탑재된 프린터 헤드 즉 히터노즐(20)이 X, Z축 방향으로 이동하고, 작업대(18)가 Y축 방향으로 이동하는 방식도 있다. 또는, 작업대는 고정되어 있고, 프린터헤드가 동시에 X, Y, Z축 방향으로 직선운동과 회전운동을 병행하는 델타방식 등이 있다.

또한 X, Y, Z축 방향으로 직선운동을 하는 캐리어 또는 작업대를 포함하는 3D프린터는 X, Y, Z축 방향 각각에 대해 평행한 두 개의 샤프트를 고정배치하고 캐리어 또는 작업대에는 각각 두개의 축과 결합되는 홀 또는 베어링이 구성되어 캐리어 또는 작업대가 각각 구성된 두 개의 축을 따라 직선운동이 이루어지도록 한다.

이 때 각각의 평행한 두 개의 샤프트간에 정확한 평행을 유지하는 것은 프린터의 품질을 결정하는 매우 중요한 요소이며 평행도에 대한 오차가 기준치를 초과할 경우는 캐리어 또는 작업대의 부하가 급증하여 목표한 위치까지 이동을 하지 못하거나 진동이 발생하여 인쇄품질 저하는 물론이고 소음유발의 원인이 되며 각 샤프트와 샤프트에 결합된 부분에 마모가 발생하여 프린터의 수명을 단축시키는 요인이 된다.

또한 샤프트간에 평행도는 고도의 정밀성을 요하기 때문에 단순 조립만으로는 정확성을 유지하기 어려운 문제점이 있다.

그러나 종래에는, 두 샤프트의 평행도 조정을 위한 별도의 장치가 없이 작업자의 단순한 숙련도와 감각에 의존하기 때문에 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.

또한 종래에는, 난이도가 매우 높고 조정작업과 검사를 반복해야 하므로 생산성이 낮아지고 원가상승의 요인이 되는 문제점이 있다.

결국 종래에는, 인쇄품질, 제품의 신뢰성, 생산성의 저하, 소음발생 및 원가상승 등의 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안하는 것으로서,본 발명의 목적은, 캐리어 또는 작업대를 X,Y,Z 축 방향으로 정확한 직선운동이 이루어지도록 지지하는 복수의 샤프트에 대하여 작업자의 숙련도나 감각과 무관하게 작업이 용이하고 미세조정이 가능한 프린터의 샤프트간 평행도 조정장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 캐리어 또는 작업대의 X, Y, Z 축 방향의 정확한 직선운동이 이루어지도록 하는 복수의 샤프트이 구성된 3D 프린터에 있어서, 복수의 샤프트 중 어느 하나 또는 이들 모두에는 작업이 용이하고 미세조정에 의해 정밀하게 복수의 샤프트 상호간 평행도 오차를 조정하기 위한 조정장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 조정장치는, 프레임에 고정되고 샤프트의 끝단부가 삽입되는 삽입공이 좌우 또는 상하방향의 장공형태로 형성된 지지플레이트와; 지지플레이트의 일측에 회전가능하도록 구성되어 상기 샤프트의 일측을 압박시켜 상기 복수의 샤프트 상호 간에 평행도가 유지되도록 조정시키는 캠;을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 조정장치에는, 상기 지지플레이트에 지지되고 상기 샤프트가 상기 캠에 항상 밀착된 상태를 유지되도록 탄성력을 제공하는 지지스프링;을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 지지플레이트에는, 상기 캠의 회전반경과 동일한 반경을 가지는 원호형상의 안내공이 구성되고; 상기 안내공에 삽입되어 상기 캠의 회전각도를 고정시키도록 하는 고정나사;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 샤프트 끝단부의 일정 폭에 외경보다 작은 지름을 가지는 단턱부가 형성되고; 상기 지지플레이트의 삽입공은, 상기 샤프트의 외경이 삽입되는 제1공, 및 상기 제1공에 연통되고 상기 샤프트의 단턱부가 삽입되어 상기 지지플레이트에 샤프트가 안정적으로 지지되도록 하는 제2공;이 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 캐리어 또는 작업대를 X,Y,Z 축 방향으로 정확한 직선운동이 이루어지도록 지지하는 복수의 샤프트에 대하여 작업이 용이하고 정밀한 미세조정이 가능한 샤프트간 평행도 조정장치를 구성함으로써 작업자의 숙련도나 감각과 무관하게 정확하고 균일한 품질의 제조가 가능하므로 생산성을 개선하는 효과와 제조원가를 절감하는 효과가 있다.

또한 샤프트간 평행도에 대한 오차를 최소화함으로써 인쇄품질 및 신뢰성에 대한 품질을 개선하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 3D 프린터의 일례를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 3D 프린터의 개략적인 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 조정장치의 분리 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 조정장치의 결합상태 정면도.
도 5는 본 발명에 따른 조정장치의 결합상태 측 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 조정장치의 작용상태를 도시한 요부 확대도.
도 7은 본 발명에 따른 조정장치가 적용된 3D 프린터의 개략적인 요부 확대도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다(종래와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다).

본 발명의 3D 프린터(100)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 캐리어 또는 작업대의 정확한 직선운동이 이루어지도록 안내하는 상호 평행하게 구성되는 복수의 샤프트(110)를 포함한다.

또한, 상기 복수의 샤프트(110) 중 어느 하나 또는 복수의 샤프트(110) 각각에는, 상호 평행상태를 조정 및 유지하기 위한 조정장치(200)가 구성된다.

상기 조정장치(200)는, 3D 프린터(100)의 프레임(102)에 고정되고 상기 프레임(102)에 샤프트(110)가 지지되도록 하는 지지플레이트(210)와, 상기 지지플레이트(210)에 구성되어 상기 샤프트(110)의 일측에 가압력을 제공하는 캠(220)과, 상기 샤프트(110)의 타측에 구성되어 탄성력을 제공하는 지지스프링(230), 및 상기 캠(220)의 위치를 고정하도록 고정력을 제공하는 고정나사(240)로 구성된다.

상기 지지플레이트(210)에는, 샤프트(110)의 일단이 삽입되어 일부가 돌출되고 좌우 또는 상하방향으로 유격을 갖는 장공으로 형성되는 삽입공(212)과, 상기 캠(220)의 일정각도 회전을 안내하고 고정나사(240)의 일부가 삽입되어 상기 캠(220)의 회전각도를 고정시키도록 하는 안내공(214) 및 상기 지지스프링(230)에서 탄성력을 발휘할 수 있도록 지지하는 적어도 하나 이상의 지지단턱(216)으로 구성된다.

또한, 상기 삽입공(212)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1공(2122)과, 상기 제1공(2122)보다 지름이 작은 제2공(2124)으로 형성된다.

즉, 상기 샤프트(110)는 끝단부에 외경보다 작은 지름을 가지는 단턱부(112)가 구성됨으로써, 상기 샤프트(110)을 지지플레이트(210)에 조립할 때, 상기 제1공(2122)에 상기 샤프트(110)을 삽입한 후 상기 샤프트(110)의 단턱부(112)가 상기 제2공(2124)에 삽입되도록 한다. 이에 따라, 상기 샤프트(110)의 단턱부(112)에 의해 상기 지지플레이트(210)에 지지된다.

상기 안내공(214)은, 상기 캠(220)의 회전반경에 맞춰 원호형상으로 형성되어, 상기 고정나사(240)를 통해 캠(220)의 회전각도를 고정하도록 한다.

상기 지지단턱(216)은, 상기 지지스프링(230)이 탄성력을 발휘할 수 있도록 함으로써, 상기 샤프트(110)에 지지스프링(230)의 탄성력이 작용될 수 있도록 한다.

상기 캠(220)은, 지지플레이트(210)에 회전가능하게 결합되어, 상기 지지플레이트(210)에 삽입된 샤프트(110)의 일측을 압박시킴으로써, 상기 샤프트(110)의 중심위치가 이동되도록 하여 결국, 복수의 샤프트(110) 사이에 평행도가 유지되도록 조정하는 수단이다.

상기 캠(220)은, 일측에 지지플레이트(210)의 안내공(214)에 위치되도록 하는 고정돌기(222), 및 타측에 작업자가 파지가 용이하도록 하는 손잡이부(224)가 구성된다.

또한, 상기 캠(220)은, 회전각도에 따라 샤프트(110)에 작용하는 압박력이 달리할 수 있도록 타원형임이 바람직하다. 물론, 가압부의 회전축이 편심으로 이루어 질 수도 있으며 이에 한정하는 것은 아니며, 회전각도에 따라 샤프트(110)에 작용하는 압박력이 달리할 수 있도록 하는 형상이면 어느 것이든 사용 가능하다.

상기 지지스프링(230)은, 상기 지지플레이트(210)의 지지단턱(216)에 지지되면서 상기 샤프트(110)의 일측이 항상 캠(220)에 밀착되도록 한다.

또한, 상기 지지스프링(230)은, 판 스프링임이 바람직하다. 물론, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 샤프트(110)가 상기 캠(220)에 항상 밀착된 상태를 유지할 수 있도록 탄성력을 작용하는 수단이면 어느 것이든 사용 가능하다.

상기 고정나사(240)는, 상기 지지플레이트(210)의 안내공(214)에 위치되고, 상기 캠(220)의 고정돌기(222)에 일측이 나사 체결됨으로써, 상기 캠(220)의 회전각도를 고정시키도록 고정력을 제공하는 수단이다.

종합해보면, 상기 조정장치(200)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 지지플레이트(210)의 일면에 캠(220)이 구성되고, 타면에 지지스프링(230) 및 고정나사(240)가 구성된다.

상기와 같이 구성된 3D프린터의 샤프트간 평행도 조정장치의 작용상태를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상호 평행한 상태로 구성되는 두 샤프트(110) 사이에 평행도를 검사한다. 상기 검사방법은 두 샤프트(110)에 연결되어 있는 캐리어 또는 작업대를 샤프트의 축방향으로 움직여 보거나, 실험치에 의해 정해진 경사도를 갖는 받침대 위에 올려놓고 캐리어 또는 작업대의 자중에 의해 미끄러짐 상태를 체크한다.

이때, 두 샤프트(110)간의 평행도 오차가 기준치를 초과하면 부하가 급증하여 움직임이나 미끄러짐이 원할하지 못하게 된다.

상기와 같이 움직임이나 미끄러짐이 원활하지 못할 경우 도 6에 도시된 바와 같이, 고정나사(240)를 풀어 캠(220)을 회전시킨다.

이때, 상기 캠(220)은 회전각도에 따라 유격을 갖는 장공형태의 삽입공(212)내에서 상기 샤프트(110)의 위치가 이동하게 된다. 이에 따라, 상기 샤프트(110)는 상기 삽입공(212)의 장공의 형태 즉, 좌우(X축 방향) 또는 상하(Y축방향)방향 중 어느 한 방향으로 이동됨으로써, 상기 샤프트(110)들 사이의 평행도 원활하게 용이하게 조정할 수 있다.

한편, 상기 샤프트(110)는 지지스프링(230)의 탄성력이 작용됨으로써 상기 샤프트(110)의 위치는 상기 캠(220)의 회전각도에 따라 고정된 상태를 유지하게 된다.

상기한 방법으로 샤프트(110)의 평행도 조정이 완료된다.

그러나 이 후 외부의 충격이나 인쇄동작시 발생할 수 있는 진동에 의해 상기 캠(220)의 각도가 변화되는 것을 보호하기 위해 상기 캠(220)의 고정돌기(222)에 상기 고정나사(240)를 체결한다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 샤프트(110) 각각에 상기한 조정장치(200)를 구성하거나 또는 어느 하나의 샤프트(110)에 조정장치(200)를 구성하고,다른 하나의 샤프트(110)에 지지스프링(230)만 구성할 수도 있다. 물론, 경우에 따라서 복수의 샤프트(110) 일측에 좌우평행도 조정장치를 구성하고 타측에 상하평행도 조정장치를 구성할 수도 있다.

결국, 캐리어 또는 작업대를 X,Y,Z 샤프트 방향으로 정확한 직선운동이 이루어지도록 지지하는 복수의 샤프트에 대하여 평행도가 유지되도록 조정장치를 구성함으로써, 캐리어 또는 작업대의 정확한 직선운동이 이루어져 인쇄품질 및 생산성을 향상시킨다.

이상에서 설명한 것은 3D프린터의 샤프트간 평행도 조정장치를 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니한다. 본 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변경실시가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

100: 3D 프린터 102: 프레임
110: 샤프트 112: 단턱부
200: 조정장치 210: 지지플레이트
212: 삽입공 2122: 제1공
2124: 제2공 214: 안내공
216: 지지단턱 220: 캠
222: 지지돌기 224: 손잡이부
230: 지지스프링 240: 고정나사

Claims (5)

1. 캐리어 또는 작업대의 X, Y, Z 샤프트 방향의 정확한 직선운동이 이루어지도록 하는 복수의 샤프트이 구성된 3D 프린터에 있어서,
   상기 복수의 샤프트(110) 중 어느 하나 또는 이들 모두에는 샤프트(110)의 위치를 미세조정하여 상기 복수의 샤프트(110)들 사이의 평행도를 맞추기 위한 조정장치(200)를 포함하고;
   상기 조정장치(200)는, 프레임(102)에 고정되고 샤프트(110)의 끝단부가 삽입되며 X축 또는 Y축방향으로 유격되도록 장공 형상으로 형성되는 삽입공(212)이 구성되는 지지플레이트(210)와;
   상기 지지플레이트(210)의 일측에 회전가능하도록 구성되어 상기 샤프트(110)의 일측을 압박시켜 상기 삽입공(212) 내에서 미세조정에 의해 위치이동을 시키는 캠(220); 및
   상기 지지플레이트(210)에 지지되고 상기 샤프트(110)가 상기 캠(220)에 항상 밀착된 상태를 유지되도록 탄성력을 제공하는 지지스프링(230)을 포함하며;
   상기 지지플레이트(210)에는, 상기 캠(220)의 회전반경과 동일한 반경을 가지는 원호형상의 안내공(214)이 구성되고;
   상기 안내공(214)에 삽입되어 상기 캠(220)의 회전각도를 고정시키도록 하는 고정나사(240)를 포함하며;
   상기 샤프트(110)는 끝단부의 일정 폭에 외경보다 작은 지름을 가지는 단턱부(112)가 형성되고;
   상기 지지플레이트(210)의 삽입공(212)은, 상기 샤프트(110)의 외경이 삽입되는 제1공(2122), 및 상기 제1공(2122)에 연통되고 상기 샤프트(110)의 단턱부(112)가 삽입되어 상기 지지플레이트(210)에 샤프트(110)이 안정적으로 지지되도록 하는 제2공(2124);
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터의 샤프트간 평행도 조정장치.
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