KR101721547B1

KR101721547B1 - 3d 프린터

Info

Publication number: KR101721547B1
Application number: KR1020160002490A
Authority: KR
Inventors: 강은창
Original assignee: 강은창
Priority date: 2016-01-08
Filing date: 2016-01-08
Publication date: 2017-03-30

Abstract

본 발명은 3D 프린터에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 공급릴에 감겨 보관되는 필라멘트를 회전방향이 반대 방향으로 구성된 2개의 모터를 사용하여 그 회전력으로써 양방에서 내,외측톱니롤러가 밀고 당기기 때문에 출력속도와 리트렉션 속도가 높아도, 종래에서와 같이 필라멘트 자체가 갈리지 않아 손상이 발생 되지 않을 뿐만 아니라, 상방으로 신속하게 압출되어 헤드유닛의 노즐로 공급하여 필라멘트를 용융시키는 동시에 3개의 구동모터 제어와 링크부재의 간단한 구조로 헤드유닛을 X,Y,Z축으로 이동시켜 3차원 입체물을 적층 성형함에 따라 작업성이 향상되고 제품의 질이 우수한 효과가 제공된다.

Description

3D 프린터 {3D PRINTER}

본 발명은 필라멘트를 용융시켜 3차원 입체물 적층 성형하기 위한 3D 프린터에 관한 것으로, 상세하게는 공급릴에 감겨 보관되는 필라멘트를 회전방향이 반대 방향으로 구성된 2개의 모터 회전력으로써 상방으로 압출시켜 헤드유닛의 노즐로 공급하여 히터로써 용융시켜 3차원 입체물을 적층 성형하도록 구성한 것이다.

일반적으로 3D 프린터는 3차원 입체물을 만들어 내는 기기로서, 절삭형 3D 프린터 및 적층형 3D 프린터로 구분되고, 절삭형 3D 프린터는 큰 덩어리를 조각하듯 깎아내 3차원 입체물을 만들어 내는 프린터이고, 적층형 3D 프린터는 재료를 층층히 쌓아올려 3차원 입체물을 만들어 내는 프린터이다.

상기 절삭형 3D 프린터는 큰 덩어리를 깎아내 3차원 입체물을 만들어 내므로, 재료의 손실이 발생하나, 적층형 3D 프린터는 재료를 배드 위에 층층이 쌓아올려 3차원 입체물을 만들어 내므로 재료의 손실이 없다.

이러한 장점으로 인해, 최근 출시되는 3D 프린터 대부분은 적층형 3D 프린터를 사용하게 되고, 적층형 3D 프린터의 종류는, 고체형 재료를 사용하는 FDM(Fused Deposition Modeling)방식의 3D 프린터, 액체형 재료를 사용하는 SLA(SeteroLithography Appartus) 방식의 3D 프린터, 파우더형 재료를 사용하는SLS(Selective Laser Sintering) 방식의 3D 프린터 등이 있다.

적층형 3D 프린터 중 FDM 방식의 3D 프린터는, 필라멘트라고 불리는 ABS, PLA, 우레탄, 에폭시 등의 얇은 플라스틱 실을 녹여, 베드 위에 층층이 쌓아 올리는 방식으로, 3차원 입체물을 만들어내는 프린터이다.

이러한 3D 프린터에 대한 선행기술에는 대한민국 공개특허 10-2009-0119904호(발명의 명칭 : 변성 ABS 물질을 이용한 3차원 물체 생성 방법) 및 대한민국 공개특허 10-2015-0102296호(발명의 명칭 : 3D 프린터)가 개시되고 있다.

이와 같은 선행기술중 10-2009-0119904호는, 압출 기반 적층식 증착 시스템을 이용한 3차원 물체 생성 방법으로서, 최대 액화장치 온도에서 표준 구조 액화장치(standard geometry liquefier)로부터 16.4 ㎕/sec의 압출 속도로 압출될 때, 약 6.9 MPa 이하의 구동 압력을 필요로 하는, 변성 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(modifiedacrylonitrile-butadiene-styrene)(변성 ABS) 물질의 필라멘트(filament)를 압출 기반 적층식 증착 시스템의 압출 헤드에 공급하는 단계; 상기 압출 헤드에서 상기 공급된 변성 ABS 물질을 용융하는 단계; 및 상기 용융된 변성 ABS 물질을 적층식으로 증착하여 3차원 물체를 형성하는 단계를 구비하는 압출 기반 적층식 증착시스템을 이용한 3차원 물체 성형 방법에 관한 것이다.

그리고, 선행기술 10-2015-0102296호는 프레임; 상기 프레임에 설치되며, ±Y축방향으로 이동하는 무한궤도배드를 구비한 Y축구동유닛; 상기 무한궤도배드 위에 필라멘트를 녹여서 적층하여, 3차원 입체물을 만드는 헤드유닛; 상기 헤드유닛으로 상기 필라멘트를 공급하는 공급유닛; 상기 헤드유닛을 ±X축방향으로 이동시키는 X축구동유닛; 및 상기 헤드유닛을 ±Z축방향으로 이동시키는 Z축구동유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터에 관한 것이다.

이와 같은 선행기술은 PLA(폴리락틱산Poly Lactic Acid) 플라스틱 또는 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 플라스틱의 실로 제작된 필라멘트를 톱니 롤러 및 아이들 롤러 사이를 통과하여 인출시킴에 따라 일방에서 톱니 롤러로써 당기기 때문에 출력속도와 리트랙션 속도가 높게 되면 필라멘트가 롤러에 갈려서 닳아지면서(한쪽 방향의 힘으로만 밀고 당기기 때문에 마찰이 커서 필라멘트가 갈림), 톱니 롤러와 베어링으로 이루어진 롤러 사이에 틈이 생겨 제대로 밀어주지 못하여 압출량이 일정치 못하게 되고 출력 품질에 영향을 미치게 되었다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 공급릴에 감겨 보관되는 필라멘트를 회전방향이 반대 방향으로 구성된 2개의 모터 회전력으로써 상방으로 신속하게 압출시켜 헤드유닛의 노즐로 공급하여 필라멘트를 용융시키면서 헤드유닛을 제어부에 입력된 3차원 입체물의 데이터에 의해 X,Y,Z축으로 이동시켜 3차원 입체물을 적층 성형하도록 구성한 3D 프린터를 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 과제 해결 수단은 각도유지부재에 의해 동일 각도(120도)로 조립되는 상,하부받침대와, 상,하부받침대 모서리 사이에 수직으로 분리 가능하게 조립되는 수직받침대로 이루어진 프레임과; 상기 수직받침대의 내측면에 이동수단으로써 상하(Z축)로 이동 가능하게 각각 결합된 이동부재와; 상기 이동부재에 링크부재로써 가로(X축) 및 세로(Y축)로 하향으로 경사지게 각각 연결되어 필라멘트를 용융시켜 3차원 입체물을 적층 성형하기 위한 헤드유닛과; 상기 수직받침대에 장착되어 헤드유닛으로 필라멘트를 안정되고 신속하게 공급하기 위한 필라멘트공급장치와; 상기 이동부재, 이동수단 및 필라멘트공급장치의 동작을 제어하기 위한 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 공급릴에 감겨 보관되는 필라멘트를 회전방향이 반대 방향으로 구성된 2개의 모터를 사용하여 그 회전력으로써 양방에서 내,외측톱니롤러가 밀고 당기기 때문에 출력속도와 리트렉션 속도가 높아도, 종래에서와 같이 필라멘트 자체가 갈리지 않아 손상이 발생 되지 않을 뿐만 아니라, 상방으로 신속하게 압출되어 헤드유닛의 노즐로 공급하여 필라멘트를 용융시키는 동시에 3개의 구동모터 제어와 링크부재의 구조로 헤드유닛을 X,Y,Z축으로 이동시켜 3차원 입체물을 적층 성형함에 따라 작업성이 향상되고 제품의 질이 우수한 효과가 제공된다.

그리고 두개의 모터를 사용함으로써 한개의 모터를 사용할때 보다 힘이 약한 저가의 모터를 사용할 수 있게 되어 그에 따른 비용절감의 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터의 전체적인 구조를 도시한 사시도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 3D 프린터의 간격유지부재에 대한 사시도 및 설치된 상태의 구성도.
도 4 및 도 5는 도 1의 "A" 및 "B"부분에 대한 확대 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 3D 프린터의 이동부재를 도시한 사시도.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 3D 프린터의 헤드유닛을 도시한 구성도.
도 10 내지 도 14는 본 발명에 따른 3D 프린터의 필라멘트공급장치를 도시한 구성도.
도 15a, 도 15b, 도 15c는 본 발명에 따른 3D 프린터의 동작상태도.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면중 도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터의 전체적인 구조를 도시한 사시도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 3D 프린터의 간격유지부재에 대한 사시도 및 설치된 상태의 구성도이며, 도 4 및 도 5는 도 1의 "A" 및 "B"부분에 대한 확대 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 3D 프린터의 이동부재를 도시한 사시도이며, 도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 3D 프린터의 헤드유닛을 도시한 구성도이고, 도 10 내지 도 14는 본 발명에 따른 3D 프린터의 필라멘트공급장치를 도시한 구성도이다.

도 1 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 프린터는 각도유지부재(20)에 의해 동일 각도(120)로 조립 유지되는 상부받침대(12) 및 하부받침대(14)와, 상부받침대(12) 및 하부받침대(14) 모서리 사이에 수직으로 분리 가능하게 조립되는 수직받침대(16)로 이루어진 프레임(10)과; 수직받침대(16)의 내측면에 이동수단(50)으로써 상하(Z축)로 이동 가능하게 각각 결합된 이동부재(30)와; 이동부재(30)에 링크부재(60)로써 가로(X축) 및 세로(Y축)로 이동 가능하게 각각 하향으로 경사지게 연결되어 필라멘트(5)를 용융시켜 3차원 입체물(3)을 적층 성형하기 위한 헤드유닛(70)과; 수직받침대(16)에 장착되어 헤드유닛(70)으로 필라멘트(5)를 안정되고 신속하게 공급하기 위한 필라멘트공급장치(90)와; 입력된 3차원 입체물 테이터에 의해 이동부재(30), 이동수단(50) 및 필라멘트공급장치(90)의 동작을 제어하기 위한 제어부(200)로 이루어진다.

상기 각도유지부재(20)는 동일 각도(120도)를 유지하여 경사면(21a)이 형성된 중앙부(21)와; 중앙부(21)의 경사면(21a)에 동일 각도, 간격 및 길이를 유지하여 일체로 형성되고, 대응되게 체결공(22a)이 형성된 경사수직편(22)(23)과; 경사수직편(22)(23)의 상부 또는 하부에 마감되어 상부받침대(12) 및 하부받침대(14)가 삽입되는 끼움홈(24)이 형성된 보강마감편(25)으로 이루어진다.

이때, 경사수직편(22)(23)의 체결공(22a)을 통해 체결볼트(26)로써 상부받침대(12) 및 하부받침대(14)를 체결 고정시키게 된다.

그리고, 각도유지부재(20)의 경사수직편(22)(23)과 근접되게 하부받침대(14) 상부에 동일 높이로 입체물 받침대(1)가 체결 고정되고, 입체물 받침대(1) 상부에 베이스(2)가 체결 고정되어, 3차원 입체물(3)이 적층 성형 된다.

상기 이동부재(30)는 수직받침대(16) 내측면에 수직으로 각각 체결 고정된 가이드바(32)와; 가이드바(32)에 상하부로 이동 가능하게 삽입되도록 내측에 가이드이동홈(34a)이 형성된 이동블록(34)과; 이동블록(34)의 전면에 각각 체결 고정되고, 고무벨트(36)의 상부절단면(36a)과 하부절단면(36b)이 고정되어 가이드 되는 캐리지(40)로 이루어진다.

상기 캐리지(40)는 이동블록(34)의 전면에 체결 고정되고, 전면 양측에 대응되게 돌출부(41)가 일체로 돌출 형성된 수직고정편(42)과; 돌출부(41) 사이에 수직 및 수평간격을 유지하여 일체로 형성되고, 절단된 고무벨트(36)가 고정되는 상부수직편(44) 및 하부수직편(45)으로 이루어진다.

상기 이동수단(50)은 하부받침대(14) 상부에 각각 체결 고정되고, 조립통공(52a)이 형성된 고정브라켓(52)과; 고정브라켓(52)의 외측에 각각 장착되고, 조립통공(52a)을 통과하여 선단에 구비된 풀리(53)가 결합되는 구동모터(54)와; 구동모터(54)의 풀리(53)와 수직받침대(16) 상단에 회전 가능하게 고정된 상부지지롤러(56) 사이에 감겨지고, 상,하부절단면(36a)(36b)이 캐리지(40)의 돌출부(41)와 상,하부수직편(44)(45) 사이의 수직 및 수평간격에 삽입 고정된 고무벨트(36)로 이루어진다.

이때, 수직받침대(16) 상부에는 감지스위치(58)가 각각 구비되어, 캐리지(40)의 상부 이동을 제한하게 된다. 즉 캐리지(40)가 상부로 이동되어 감지스위치(58)에 터치 되면 구동모터(54)의 동작이 중단되어 캐리지(40)가 움직이지 않게 된다.

상기 헤드유닛(70)은 외주면에 다수의 요입홈(71a)을 갖는 동일 각도로 경사면(71)이 형성되고, 중앙 영역에 피팅(72)이 삽입 고정되는 수직공(73a)을 갖는 하방이 개방된 단차홈(73)이 형성된 상부몸체(74)와; 상부몸체(74) 하부에 체결 고정되고, 단차홈(73)과 대응되게 수평절개부(75a)가 형성되며, 양 외측에 경사편(75)이 일체로 형성된 하부몸체(76)와; 상단이 상부몸체(74)의 단차홈(73)에 결합되고, 하부몸체(75)의 수평절개부(75a)에 걸리게 되는 환형단(76a)이 형성되며, 중앙 영역에 삽입튜브(77)가 삽입되고, 하단에 나사홈(76b)이 형성되어 히티(81)의 열이 상부로 전달되는 것을 차단하기 위한 열차단스페이스(76)와; 열차단스페이스(76)의 나사홈(76b)에 분리 가능하게 체결되는 상부돌출나사(78a)가 상부에 일체로 형성되고, 중앙 영역에 삽입튜브(77)를 통과하는 필라멘트(5)가 공급되는 수직공급공(78b)이 형성되며, 수평으로 히터(81)가 결합되는 히터결합공(78c)이 형성된 노즐블록(78)과; 노즐블록(78) 하단에 일체로 형성되고, 수직공급공(78b)과 연통되게 배출공(79a)이 형성되어 용융된 필라멘트(5)를 하부로 배출하기 위한 노즐(79)과;하부몸체(76)의 경사편(75)에 분리 가능하게 체결되어 히터(81)에서 발생 되는 열을 식히기 위한 방열팬(80)으로 이루어진다.

상기 링크부재(60)는 캐리지(40)의 돌출부(41) 양단에 상부회동핀(61)으로써 상단이 회동 가능하게 각각 연결되고, 하단이 상부몸체(74)의 요입홈(71a)에 하부 회동핀(62)으로써 각각 연결되어 상하부로 이동하는 한쌍의 회동링크(63)(64)로 이루어지고, 헤드유닛(70)을 가로(X축) 및 세로(Y축)로 이동 가능하게 각각 연결하게 된다.

상기 필라멘트공급장치(90)는 수직받침대(16)에 분리 가능하게 나사 체결되는 체결공(101a)이 형성된 체결편(101)과 내측단차공(102a)이 형성된 사각의 내측돌출체(102)가 상하부에 일체로 돌출 형성되고, 대응되게 피팅삽입공(103a)이 형성된 수평편(103)(104)과, 수평편(103)(104)의 일측 단부에 수직으로 일체로 형성되고, 중앙 영역에 내측 설치공(105a)이 형성된 수직편(105)과, 수평편(103)(104)의 타측면에 대응되게 형성된 절개 조립홈(107)으로 이루어진 내측브라켓(100)과; 내측돌출체(102)의 내측단차공(102a)과 대응되게 외측단차공(112a)이 형성되고, 체결부재(150)로써 탄력적으로 체결 고정된 외측돌출체(112)와, 외측돌출체(112) 사이에 수직으로 일체로 형성되고, 상기 절개 조립홈(107)에 조립되며, 중앙 영역에 내측 설치공(105a)과 어긋나게 외측 설치공(113a)이 형성된 수직마감편(113)과, 외측돌출체(112)의 일면에 공간부(114a)가 형성되도록 수평 및 수직을 유지하여 일체로 연장 형성된 수평마감편(114)으로 이루어진 외측브라켓(110)과; 내측브라켓(100)의 수직편(105)에 체결 고정되고, 내측 설치공(105a), 피팅삽입공(103a) 및 외측 설치공(113a)과 일치되게 간격유지공(121)이 형성된 홀딩브라켓(120)과; 내측브라켓(100)의 수직편(105)에 외측에 장착되고, 내측 설치공(105a)을 통과하고 간격유지공(121)에 위치되는 내측톱니롤러(131)가 선단의 모터축(132)에 축설된 내측구동모터(130)와; 외측브라켓(110)의 수직마감편(113)에 외측에 장착되고, 외측 설치공(113a)을 통과하고 간격유지공(121)에 위치되는 외측톱니롤러(141)가 선단의 모터축(142)에 축설된 외측구동모터(140)로 이루어진다.

상기 간격유지공(121)은 내측 설치공(105a)과 일치되게 형성되어 내측톱니롤러(131)가 위치되는 중심부(121a)와; 중심부(121a)와 연통되고 피팅삽입공(103a)과 일치되게 형성된 직선부(121b)와; 직선부(121b)와 연통되고 외측 설치공(113a)과 일치되게 형성되어 외측톱니롤러(141)가 위치되는 외측부(121c)로 이루어진다.

이때, 내측구동모터(130)과 외측구동모터(140)는 회전방향을 반대로 구성하여 내측구동모터(130)의 내측톱니롤러(131)와 외측구동모터(140)의 외측톱니롤러(141) 사이에 외주면이 밀착된 필라멘트(5)를 밀고 당기게 됨에 따라 상방으로의 인출력 속도가 빨라지고, 얇은 플라스틱 실로 이루어진 필라멘트 자체가 갈려서 닳아(한쪽 방향의 힘으로만 밀고 당기기 때문에 마찰이 커서 필라멘트가 갈림)지지 않게 되는 것이다.

그리고, 상기 체결부재(150)는 내측돌출체(102)의 내측단차공(102a)과 연통되게 내측돌출체(102) 상부에 형성된 상부통공(151)에 수직으로 결합되는 체결너트(152)와; 내측돌출체(102)의 내측단차공(102a)과 외측돌출체(112)의 외측단차공(112a)을 통하여 결합되어 체결너트(152)에 체결되는 긴 볼트(154)와; 긴 볼트(154) 외주면에 끼워져 긴 볼트(154)와 체결너트(152)로써 분리 가능하게 결합된 내측브라켓(100) 및 외측브라켓(110)을 탄력적으로 지지하는 탄력스프링(156)으로 이루어진다.

한편, 내측브라켓(100)을 구성하는 수평편(103)(104)에 형성된 피팅삽입공(103a)에는 상,하부피팅(160)(161)이 각각 결합되고, 하부피팅(161)에는 하부가이드튜브(180)가 삽입 고정되어, 공급릴(170)에 감겨져 보관되는 필라멘트(5)가 안내되고, 내측톱니롤러(131)와 외측톱니롤러(141) 사이의 간격유지공(121)의 직선부(121b)에 위치되어 상방으로 인출된다.

그리고, 상방으로 압출된 필라멘트(5)는 상부피팅(160)과 상기 상부몸체(74)의 피팅(72) 사이에 삽입 고정된 상부가이드튜브(181)를 따라 헤드유닛(70)을 구성하는 열차단스페이스(76) 내부의 삽입튜브(77)로 공급되고, 열차단스페이스(76) 하단의 노즐(79)로 공급됨에 따라, 노즐블록(78)으로 공급되는 히터(81)에 의해 용융되면서, 프레임(10)을 구성하는 하부받침대(14) 상부의 수직받침대(16) 상부에 체결 고정된 베이스(2) 상부로, 적층되어 3차원 입체물(3)이 성형된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 3D 프린터에 대한 동작상태를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1에서와 같이 제어부(200)에 전원을 공급하게 되면, 제어부(200)에 입력된 3차원 입체물의 데이터에 의해 이동부재(30), 이동수단(50) 및 필라멘트공급장치(90)가 동작되어 3차원 입체물(3)이 적층 성형된다.

이를 개략적으로 설명하면, 도 10 내지 도 14에서와 같이 필라멘트공급장치(90)를 구성하는 내측브라켓(100)을 구성하는 수직편(105)에 외측에 장착된 내측구동모터(130)가 반시계 방향으로 회전하게 되고, 외측브라켓(110)을 구성하는 수직마감편(113)에 외측에 장착된 외측구동모터(140)가 시계 방향으로 회전하게 된다.

이에 따라 수직편(105)의 내측 설치공(105a)을 통과하고 홀딩브라켓(120)를 구성하는 간격유지공(121)의 중심부(121a)에 위치된 내측톱니롤러(131)와 수직마감편(113)의 외측 설치공(113a)을 통과하고 간격유지공(121)의 외측부(121c)에 위치되는 외측톱니롤러(141)가 상호 반대 방향으로 회전하게 된다.(도 14참조)

이와 동시에 내측브라켓(100)의 수직편(105)에 체결 고정된 홀딩브라켓(120)을 구성하는 간격유지공(121)의 직선부(121b)에 위치되고 내측톱니롤러(131)와 외측톱니롤러(141) 사이에 외주면이 밀착되며, 내측브라켓(100)의 수평편(103)(104)에 형성된 하부피팅(161)에 삽입 고정되는 하부가이드튜브(180) 내부의 필라멘트(5)가, 모터들의 회전력으로써 상방으로 압출되어, 상부피팅(160)과 헤드유닛(70)을 구성하는 상부몸체(74)의 피팅(71)에 사이에 삽입 고정된 하부가이드튜브(180)를 따라 상방으로 이동하여, 열차단스페이스(76) 내부의 삽입튜브(77)로 공급되고, 열차단스페이스(76) 하단의 노즐(79)로 공급됨에 따라, 노즐블록(78)으로 공급되는 히터(81)에 의해 용융되면서, 하부받침대(14) 상부의 입체물 받침대(1) 상부에 체결 고정된 베이스(2) 상부로 3차원 입체물(3)이 적층 성형 된다.(도 7 내지 도 9참조)

이와 같이 필라멘트공급장치(90)의 동작으로 헤드유닛(70)의 노즐(79)로 공급되어 히터(81)에 의해 용융되어 필라멘트(5)가 배출되면, 제어부(200)에 입력된 3차원 입체물의 데이터에 의해 이동수단(50)이 동작되어 헤드유닛(70)을 상,하부(Z축), 가로(X축) 및 세로(Y축)로 이동시키게 됨에 따라 수직받침대(16) 상부에 체결 고정된 베이스(2) 상부로, 용융된 필라멘트가 적층되어 3차원 입체물(3)이 성형 된다.

이때, 헤드유닛(70)이 Z축으로 이동되는 상태를 설명하면, 도 15a 및 도 15b에서와 같이, 이동수단(50)을 구성하는 고정브라켓(52)의 외측에 각각 장착된 3개의 구동모터(54)가 정회전(시계 방향)으로 회전하게 되고, 고정브라켓(52)의 조립통공(52a)을 통과하여 위치된 풀리(53)와 수직받침대(16) 상단에 회전 가능하게 고정되는 상부지지롤러(56) 사이에 감겨지고 상,하부절단면(36a)(36b)이 캐리지(40)의 돌출부(41)와 상,하부수직편(44)(45) 사이에 삽입 고정된 고무벨트(36)가 회전하여 상부로 이동하게 된다.

이와 동시에 수직받침대(16) 내측면에 각각 고정된 가이드바(32)를 따라 이동블록(34)이 가이드이동홈(34a)으로써 상부로 이동하게 되고, 이동블록(34) 전면에 체결 고정된 캐리지(40)가 상방으로 이동하게 된다.

이에 따라 캐리지(40)의 돌출부(41) 양단에 상부회동핀(61)으로써 상단이 회동 가능하게 각각 연결되고, 하단이 상부몸체(74)의 요입홈(72)에 하부회동핀(62)으로써 각각 연결된 회동링크(63)(64)가 상,하부 회동핀(61)(62)을 중심으로 회동되면서 상부로 이동하게 됨에 따라 노즐(79) 위치가 결정되어 수직받침대(16) 상부에 체결 고정된 베이스(2) 상부로, 용융된 필라멘트가 적층되어 3차원 입체물(3)이 성형 된다.

한편, 헤드유닛(70)이 X축 또는 Y축으로 이동되는 상태를 설명하면, 이동수단(50)을 구성하는 고정브라켓(52)의 외측에 각각 장착된 3개의 구동모터(54) 중 1개가 중단하게 되고, 2개의 모터가 정회전 또는 역회전으로 동작하게 되어 회동링크(63)(64)가 상,하부 회동핀(61)(62)을 중심으로 상,하부로 이동하게 됨에 따라 헤드유닛(70)이 X축 또는 Y축으로 이동하게 되어, 3차원 입체물(3)이 적층 성형 된다.

그리고, 헤드유닛(70)이 Z축, X축 및 Y축으로 순차적으로 이동되는 상태를 설명하면, 고정브라켓(52)의 외측에 각각 장착된 3개의 구동모터(54)가, 제어부(200)에 입력된 3차원 입체물의 데이터에 의해 순차적으로 동작되어 헤드유닛(70)이 Z축, X축 및 Y축으로 이동하게 되어, 3차원 입체물(3)이 적층 성형 된다.

이때, 필라멘트(5)가 히터(81)에 의해 용융되면서 발생되는 열은 하부몸체(76)의 경사편(75)에 체결 고정된 방열팬(80)에 의해 식혀지게 되고, 히터(81)에서 발생되는 고열은 상부몸체(74) 및 하부몸체(76)에 상부가 결합되고, 하단이 노즐블록(78)에 체결된 열차단스페이스(76)에 의해 상부, 즉 상부몸체(74) 및 하부몸체(76)로 전달이 차단된다.

한편, 수직 받침대(16) 상부에 감지스위치(68)가 각각 구비되어, 캐리지(40)의 상부 이동을 제한하게 된다. 즉, 캐리지(40)가 상부로 이동되어 감지스위치(68)에 터치 되면 구동모터(54)의 동작이 중단되어 캐리지(40)가 움직이지 않게 되는데, 이 시점이 3차원 입체물(3)의 성형이 완료되는 것이다.(도 15c참조)

상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시한 예를 위주로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 각 구성요소는 동일한 목적 및 효과의 달성을 위하여 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있을 것이다.

1 : 입체물 받침대 2 : 베이스
3 : 3차원 입체물 5 : 필라멘트
10 : 프레임 12,14 : 상,하부받침대
16 : 수직받침대 20 : 각도유지부재
21 : 중앙부 21a : 경사면
22,23 : 경사수직편 22a : 체결공
24 : 끼움홈 25 : 보강마감편
30 : 이동부재 50 : 이동수단
60 : 링크부재 70 : 헤드유닛
90 : 필라멘트공급장치 100 : 내측브라켓
102,112 : 내,외측돌출체 102a,112a : 내,외측단차공
103,104 : 수평편 105 : 수직편
105a : 내측 설치공 107 : 절개 조립홈
110 : 외측브라켓 113 : 수직마감편
113a : 외측 설치공 114 : 수평마감편
114a : 공간부 120 : 홀딩브라켓
121 : 간격유지공 121a : 중심부
121b : 직선부 121c : 외측부
130,140 : 내,외측구동모터 131,141 : 내,외측톱니롤러
150 : 체결부재 151 : 상부통공
152 : 체결너트 154 : 긴 볼트
156 : 탄력스프링 160,161 : 상,하부피팅
180 : 하부가이드튜브 181 : 상부가이드튜브

Claims

각도유지부재(20)에 의해 동일 각도로 조립되는 상,하부받침대(12)(14)와, 상,하부받침대(12)(14) 모서리 사이에 수직으로 분리 가능하게 조립되는 수직받침대(16)로 이루어진 프레임(10)과; 수직받침대(16)의 내측면에 이동수단(50)으로써 상하(Z축)로 이동 가능하게 각각 결합된 이동부재(30)와; 이동부재(30)에 링크부재(60)로써 가로(X축) 및 세로(Y축)로 하향으로 경사지게 각각 연결되어 필라멘트(5)를 용융시켜 3차원 입체물(3)을 적층 성형하기 위한 헤드유닛(70)과; 수직받침대(16)에 장착되어 헤드유닛(70)으로 필라멘트(5)를 안정되고 신속하게 공급하기 위한 필라멘트공급장치(90)와; 이동부재(30), 이동수단(50) 및 필라멘트공급장치(90)의 동작을 제어하기 위한 제어부(200)로 구성된 3D 프린터에 있어서,
상기 필라멘트공급장치(90)는
상기 수직받침대(16)에 체결 고정되고, 내측단차공(102a)이 형성된 내측돌출체(102)가 상하부에 형성되는 수평편(103)(104)과, 수평편(103)(104)의 일측 단부에 수직으로 형성되고, 중앙 영역에 내측 설치공(105a)이 형성된 수직편(105)과, 수평편(103)(104)의 타측면에 대응되게 형성된 절개 조립홈(107)으로 이루어진 내측브라켓(100)과;
상기 내측돌출체(102)의 내측단차공(102a)과 대응되게 외측단차공(112a)이 형성되고, 체결부재(150)로써 체결 고정된 외측돌출체(112)와, 외측돌출체(112) 사이에 수직으로 형성되고, 절개 조립홈(107)에 내측 설치공(105a)과 외측 설치공(113a)이 어긋나도록 결합된 수직마감편(113)과, 외측돌출체(112)의 일면에 공간부(114a)가 형성되도록 수평 및 수직을 유지하여 연장 형성된 수평마감편(114)으로 이루어진 외측브라켓(110)과;
상기 내측브라켓(100)의 수직편(105)에 체결 고정되고, 내측 설치공(105a), 피팅삽입공(103a) 및 외측 설치공(113a)과 일치되게 간격유지공(121)이 형성된 홀딩브라켓(120)과;
상기 내측브라켓(100)의 수직편(105)에 외측에 장착되고, 내측 설치공(105a)을 통과하고 간격유지공(121)에 위치되는 내측톱니롤러(131)가 선단의 모터축(132)에 축설된 내측구동모터(130)와;
상기 외측브라켓(110)의 수직마감편(113)에 외측에 장착되고, 외측 설치공(113a)을 통과하고 간격유지공(121)에 위치되는 외측톱니롤러(141)가 선단의 모터축(142)에 축설된 외측구동모터(140)로 구성된 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 간격유지공(121)은
상기 내측 설치공(105a)과 일치되게 형성되어 내측톱니롤러(131)가 위치되는 중심부(121a)와;
상기 중심부(121a)와 연통되고 피팅삽입공(103a)과 일치되게 형성된 직선부(121b)와;
상기 직선부(121b)와 연통되고 외측 설치공(113a)과 일치되게 형성되어 외측톱니롤러(141)가 위치되는 외측부(121c)로 구성된 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제1항에 있어서, 상기 체결부재(150)는
상기 내측돌출체(102)의 내측단차공(102a)과 연통되게 내측돌출체(102) 상부에 형성된 상부통공(151)에 수직으로 결합되는 체결너트(152)와;
상기 내측돌출체(102)의 내측단차공(102a)과 외측돌출체(112)의 외측단차공(112a)을 통하여 결합되어 체결너트(152)에 체결되는 긴 볼트(154)와;
상기 긴 볼트(154) 외주면에 끼워져 내측브라켓(100) 및 외측브라켓(110)을 탄력적으로 지지하는 탄력스프링(156)으로 구성된 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제1항에 있어서, 상기 내측브라켓(100)의 수평편(103)(104)에 형성된 피팅삽입공(103a)에 상,하부피팅(160)(161)이 각각 결합되고,
상기 하부피팅(161)에 하부가이드튜브(180)가 삽입 고정되어 필라멘트공급장치(90) 내부로 필라멘트(5)의 공급을 안내하게 되며,
상기 상부피팅(160)과 상부몸체(74)에 삽입 고정된 피팅(72) 사이에 상부가이드튜브(181)가 삽입 고정되어 헤드유닛(70) 내부로 필라멘트(5)의 공급을 안내하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.