KR101755015B1 - 헤드 유닛의 이동과, 형성 가능한 플라스틱 재료의 텐션 및 온도를 제어하는 트랜스포머 - Google Patents

헤드 유닛의 이동과, 형성 가능한 플라스틱 재료의 텐션 및 온도를 제어하는 트랜스포머 Download PDF

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Abstract

헤드 유닛의 이동과, 형성 가능한 플라스틱 재료의 텐션 및 온도를 제어하는 트랜스포머가 개시된다. 헤드 유닛의 이동 또는 회전을 제어하는 트랜스포머로서, 트랜스포머는 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재의 이동 경로를 정의하는 복수의 롤러 및 복수의 롤러를 수용하는 케이스를 포함하고, 복수의 롤러 중 적어도 하나는 상기 소재의 텐션을 유지하기 위한 텐션 조절용 롤러이다. 이에 의하여, 형성 가능한 플라스틱 재료의 토우(tow)의 텐션 및 온도를 조절할 수 있고, 토우를 토출하는 헤드 유닛을, 한정된 공간 내에서 자유롭게 이동시킬 수 있게 된다.

Description

헤드 유닛의 이동과, 형성 가능한 플라스틱 재료의 텐션 및 온도를 제어하는 트랜스포머{TRANSFORMER CONTROLLING MOVEMENT OF HEAD UNIT AND TENSION AND TEMPERATURE OF PLASTIC FORMABLE MATERIAL}
본 발명은 헤드 유닛의 이동과, 형성 가능한 플라스틱 재료의 텐션 및 온도를 제어하는 트랜스포머 에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 고분자 및/또는 복합 재료를 활용한 3D 입체물 제조 로봇과, 상기 재료를 토출하는 헤드 유닛의 이동을 제어하고, 형성 가능한 플라스틱 재료의 텐션과 온도를 제어할 수 있는, 상기 3D 입체물 제조 로봇에 이용되는 트랜스포머에 관한 것이다.
최근, 플라스틱 복합소재를 이용하여 강도와 내구성을 보강하기 위한 내부 보강재(reinforcement)를 제조하는 기술이 이용되고 있다. 적층 가공(additive manufacturing) 장치 및 폴리머/복합재의 내부 보강재와 같은 내부 골격 제조 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
이를 이용하면, 경량 복합 소재 입체물의 원재료 사용량은 줄이면서도 기계적 성능을 높일 수 있다는 점에서 3D 프린팅이나 3D 몰딩이 각광받고 있다. 특히, 적층 가공 속도도 개선되어 자동화 공정의 일부로서 기능할 수 있게 되었다.
적층 가공 기술은 자동차 부품 시장뿐만 아니라, 항공기, 전자부품, 가전제품(consumer electronics), 스포츠 용품(sporting goods), 건축소재 등 다양한 분야로 확장될 수 있다는 점에서 잠재적 가치가 매우 높다. 하지만, 비용면에서 효율적인 방식으로 정교한 골격 구조를 제조하기 위해서는 더욱 많은 연구개발이 이루어져야 한다.
특히, 내부 골격을 제조하는 적층 가공 장치는, 가늘고 길게 이어진 스트랜드의 원재료를 사용하는데, 이 원재료는 대부분 쉽게 굳어지거나(solidified) 경화되거나(cured) 열화되는(degraded) 물질로 이루어지기 때문에, 원재료가 적층 가공 장치의 내부를 통과하여 외부로 토출될 때까지 원재료가 굳어지거나 경화되거나 열화되지 않도록 하기 위한 기술이 필요하다.
또한, 적층 가공 장치는 다양하고 복잡한 구조의 형상을 제조하기 위해, 자유로운 궤적 운동(예를 들어, 회전, 직선 또는 곡선 운동)을 하게 되는데, 이때, 형상적 특성 때문에, 광범위한 관절 운동을 하는 적층 가공 장치를 통과하는 동안 원재료의 텐션이 일정하게 유지되기 어렵다는 문제점이 있다.
원재료의 텐션이 너무 강하면 적층 가공 장치의 고장을 가져올 수 있고, 원재료의 텐션이 너무 약하면 원재료의 토출 속도와 위치를 제어하기가 어려워진다.
한국등록특허공보 제10-1198621호(발명의 명칭: 자동차용 플라스틱 복합재 범퍼 빔)는 본체 내부에 인서트 보강재가 삽입된 범퍼 빔을 개시하고 있다. 하지만, 인서트 보강재가 삽입된 범퍼 빔을 제조하는 제조 장치와 관련한 설명이 충분한 개시가 이루어지지 않았고, 위에서 언급한 문제점을 극복할만한 단서를 찾을 수 없다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 형성 가능한 플라스틱 재료의 토우(tow)의 텐션 및 온도를 제어할 수 있는 트랜스포머를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 형성 가능한 플라스틱 재료의 토우(tow)를 토출하는 헤드 유닛을, 한정된 공간 내에서 자유롭게 이동시킬 수 있는 트랜스포머를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 트랜스포머는, 헤드 유닛의 이동 또는 회전을 제어하는 트랜스포머로서, 상기 트랜스포머는 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재의 이동 경로를 정의하는 복수의 롤러; 및 상기 복수의 롤러를 수용하는 케이스;를 포함하고, 상기 복수의 롤러 중 적어도 하나는 상기 소재의 텐션을 유지하기 위한 텐션 조절용 롤러이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 트랜스포머는, 헤드 유닛의 이동 또는 회전을 제어하는 트랜스포머로서, 상기 트랜스포머는 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재의 이동 경로를 정의하는 복수의 롤러; 및 상기 복수의 롤러 중 적어도 2개의 롤러를 연결하는 연결부재;를 포함하고, 상기 복수의 롤러 중 적어도 하나는 상기 소재의 텐션을 유지하기 위한 텐션 조절용 롤러이고, 상기 트랜스포머는, 상기 복수의 롤러의 배치를 변경함으로써, 상기 헤드 유닛을 이동 또는 회전시킨다.
상기 구성에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스포머에 의하면, 형성 가능한 플라스틱 재료의 토우(tow)의 텐션 및 온도를 조절할 수 있고, 토우를 토출하는 헤드 유닛을, 한정된 공간 내에서 자유롭게 이동시킬 수 있게 된다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)에서 토우(50)의 이동 경로를 나타내는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)에서 토우(50)의 이동 경로를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 우측 분해사시도이다.
도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 좌측 분해사시도이다.
도 5는 도 4a 및 도 4b의 텐션 조절용 롤러인 제4 롤러(314)를 중심으로 한 확대도이다.
도 6a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 우측 분해사시도이다.
도 6b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 좌측 분해사시도이다.
도 7은 도 1a 및 1b의 3D 입체물 제조 로봇(100)에서, 트랜스포머 유닛(300)을 포함하는 헤드 서플라이(400)를 확대한 확대도이다.
도 8 내지 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 트랜스포머 유닛(300)의 동작에 따른 헤드 유닛(200)의 회전을 나타내는 도면이다.
도 11 내지 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 트랜스포머 유닛(300)의 동작에 따른 헤드 유닛(200)의 회전을 나타내는 도면이다.
본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 특정 실시예 이외의 다른 실시예는 서로 상이하지만 상호배타적일 필요는 없다. 아울러, 후술의 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대한 상세한 설명은, 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주된다. 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 발명의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다.
구체적으로, "아래, 위, 수평, 수직, 상측, 하측, 상향, 하향, 상부, 하부" 등의 위치를 나타내는 용어나, 이들의 파생어(예를 들어, "수평으로, 아래쪽으로, 위쪽으로" 등)는, 설명되고 있는 도면과 관련 설명을 모두 참조하여 이해되어야 한다. 특히, 이러한 상대어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 장치가 특정 방향으로 구성되거나 동작해야 함을 요구하지는 않는다.
또한, "장착된, 부착된, 연결된, 이어진, 상호 연결된" 등의 구성 간의 상호 결합 관계를 나타내는 용어는, 별도의 언급이 없는 한, 개별 구성들이 직접적 혹은 간접적으로 부착 혹은 연결되거나 고정된 상태를 의미할 수 있고, 이는 이동 가능하게 부착, 연결, 고정된 상태뿐만 아니라, 이동 불가능한 상태까지 아우르는 용어로 이해되어야 한다.
먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 트랜스포머 유닛을 포함하는 3D 입체물 제조 로봇(100)의 전체 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 사시도, 도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)에서 토우(50)의 이동 경로를 나타내는 사시도, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 개략도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)은 헤드 유닛(head unit)(200), 트랜스포머 유닛(300), 헤드 서플라이 유닛(head supply)(400) 및 바디 유닛(body unit)(500)을 포함한다.
먼저, 바디 유닛(500)은 회전 베이스(510)와 연결암(520)을 포함한다. 회전 베이스(510)는 회전축(501a)을 중심으로, 수평면상에서 회전 운동(F-F')을 한다. 연결암(520)의 일단은 회전 베이스(510)에 연결되고, 연결암(520)의 타단은 헤드 서플라이 유닛(400)에 연결된다.
연결암(520)과 헤드 서플라이 유닛(400), 그리고, 연결암(520)과 회전 베이스(510)는, 피봇힌지나 샤프트와 같이 축을 중심으로 회동 가능한 부재에 의해 연결될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
더욱 구체적으로, 연결암(520)의 일단은 회전 베이스(510)에 대해 회동 가능하게 연결된다. 연결암(520)과 회전 베이스(510)가 상호 연결된 부위의 연결축(501b)을 중심으로, 연결암(520)은 회전 운동(E-E')을 한다.
연결암(520)의 타단은 헤드 서플라이 유닛(400)에 대해 회동 가능하게 연결된다. 연결암(520)은 길이방향의 부재로서, 수평면에 대한 헤드 서플라이 유닛(400)의 높이를 조절한다.
다시 말해, 연결암(520)과 헤드 서플라이 유닛(400)이 상호 연결된 부위의 연결축(401a)을 중심으로, 헤드 서플라이 유닛(400)은 회전 운동(D-D')을 한다.
헤드 서플라이 유닛(400)은 길이방향의 축을 중심으로 회전 운동(C-C')을 한다. 이때, 헤드 서플라이 유닛(400)이 회전함에 따라, 헤드 서플라이 유닛(400)에 연결되어 있는 트랜스포머 유닛(300)과 헤드 유닛(100)도 연동하여 회전하게 된다.
또한, 헤드 유닛(200)은 헤드 서플라이 유닛(400)에 대해 연결된다. 헤드 유닛(200)은 헤드 서플라이 유닛(400)에 구비된 헤드 체결부(440)에 연결된다. 헤드 유닛(200)과 헤드 체결부(440)가 상호 연결된 부위의 연결축(401b)을 중심으로, 헤드 유닛(200)은 회전 운동(B-B')을 한다.
구체적으로, 헤드 유닛(200)의 회전 운동(B-B')은 후술할 트랜스포머 유닛(300)의 동작에 의해 조절된다. 즉, 헤드 유닛(200)은 트랜스포머 유닛(300)과 연결되어 있고, 상기 연결축(401b)을 중심으로 서로 마주보는 영역에 위치한 헤드 유닛(200)과 트랜스포머 유닛(300)은, 반대 방향(예를 들어, 트랜스포머 유닛(300)의 일구성이 하강하면 헤드 유닛(200)이 상승하고, 트랜스포머 유닛(300)의 일구성이 상승하면 헤드 유닛(200)이 하강)으로 수직 회전 운동(B-B')을 한다.
헤드 유닛(200)은 그의 길이 방향의 축(201a)을 중심으로, 360도 회전 운동(A-A')을 한다. 휠 어셈블리에 의하여 헤드 유닛(200)은 멀티플 360도 회전(360°,720°…)이 가능하다. 이때, 헤드 유닛(200)에 포함된 도선들이 헤드 유닛(200)의 회전에 영향을 받지 않도록, 헤드 유닛(200)에는 스페이서가 구비될 수 있다.
도 1b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 사시도, 도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)에서 토우(50)의 이동 경로를 나타내는 사시도이다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)은 헤드 유닛(head unit)(200), 트랜스포머 유닛(300), 헤드 서플라이 유닛(head supply)(400) 및 바디 유닛(body unit)(500)을 포함한다.
여기서, 헤드 유닛(head unit)(200), 헤드 서플라이 유닛(head supply)(400) 및 바디 유닛(body unit)(500)에 대한 설명은, 도 1a 및 도 2a에 도시된 제1 실시예에 대한 설명과 동일하므로 생략하기로 한다. 다만, 트랜스포머 유닛(300)의 구성이 제1 실시예와 다르며, 이에 대해서는 아래에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 각 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)은 다축 회전 운동을 할 수 있다. 위의 설명에서는, 6축 회전 운동이 가능한 것으로 설명했지만, 회전 베이스(510)가 결합되는, 틸팅 가능한 툴 테이블(tool table) 로봇을 포함하면, 8축 회전이 가능해진다.
즉, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 가능한 회전은 아래와 같다.
제1축 회전: 헤드 유닛(200)의 길이 방향축(201a)을 중심으로 한 회전(A-A').
제2축 회전: 트랜스포머 유닛(300)에 의해 조절되는 헤드 유닛(200)의 회전(B-B').
제3축 회전: 헤드 서플라이 유닛(400)의 길이방향의 축을 중심으로 한 회전(C-C').
제4축 회전: 헤드 서플라이 유닛(400)에 연결된 연결암(520)과의 연결축(401a)을 중심으로 한 헤드 서플라이 유닛(400)의 회전(D-D').
제5축 회전: 연결암(520)에 연결된 회전 베이스(510)의 연결축(501b)을 중심으로 한 연결암(520)의 회전(E-E').
제6축 회전: 수평면에 수직인 회전축(501a)을 중심으로 한 회전 베이스(510)의 회전(F-F').
제7축 및 제8축 회전: 회전 베이스(510)와 결합되는 2축 회전 가능한 툴 테이블(미도시)의 회전.
이에 따라, 형성 가능한 플라스틱 재료를 토출하는 헤드 유닛(200)의 동작을 미세하게 조작할 수 있어, 더욱 복잡하고 정교한 형상의 3D 입체물을 제조하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 트랜스포머 유닛(300)이 채용되는 3D 입체물 제조 로봇(100)에서, 토우(tow)(50)의 이동 경로는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 헤드 유닛(200), 트랜스포머 유닛(300) 및 헤드 서플라이 유닛(400)의 연결에 의한 내부 통로에 의해 형성된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 트랜스포머 유닛(300)에서 토우(50)의 이동 경로도 이와 마찬가지이다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 트랜스포머 유닛(300)을 구비한 3D 입체물 제조 로봇(100)은, 헤드 서플라이 유닛(400), 트랜스포머 유닛(300) 및 헤드 유닛(200)으로 연결되는 토우(50)의 이동 경로를 내부에 포함하는 빌트인(built-in)구조를 갖는다.
여기서, 토우(50)란, 고분자 재료(polymer material) 또는 복합 재료(composite material)의 연속적으로 이어진 스트랜드(strand), 얀(yarn), 토우(tow), 번들(bundle), 밴드(band), 테이프(tape) 등이다. 고분자 재료로는 PLA, PE, PP, PA, ABS, PC, PET, PEI, PEEK 등의 열가소성 수지(thermoplastics) 혹은 에폭시(epoxy), 불포화 폴리에스터 수지(unsaturated polyester), PI, PUR 등의 열경화성 수지(thermosetting resins)일 수 있다. 하지만, 고분자 물질은 이에 한정되지 않는다. 또한, 보강재(reinforcing fibers)는 는 GF(glass fiber), CF(carbon fiber), NF(natural fiber), AF(aramid fiber) 등일 수 있다. 또한, 3D 입체물 제조 로봇은 직물용 실(textile yarn)이나 로빙(roving)을 위해 이용될 수도 있다.
또한, 최종 복합재 재료는 상기 고분자 재료에 섬유를 혼합한 것으로, 상기 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 보론 섬유, 알루미나 섬유, 탄화규소 섬유, 아라미드 섬유, 각종 휘스커(whisker) 또는 이들의 조합일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
처음에 제조 장치(100)에는 얀, 토우, 스트랜드, 밴드 또는 테이프가 주입될 수 있다. 개별적인 얀, 토우, 스트랜드, 밴드, 테이프는 오븐(oven)(수집기(collector), 히터(heater), 압축기(compactor) 등을 포함)에서 전체적으로 혹은 부분적으로 토우로 합쳐지게 된다. 헤드 서플라이 유닛(400), 트랜스포머 유닛(300) 및 헤드 유닛(100)은 최종적으로 토우(50)를 압밀(compaction)하고 합쳐지게 하는데 도움을 준다.
또한, 본 설명에 있어서는 최종적으로 제조된 입체물의 소재로서, 얀, 스트랜드, 토우, 밴드, 테이프 등을 예시했지만, 이하의 설명에서는 발명을 명확히 이해할 수 있도록 입체물의 소재를 토우로 일관하여 기재하기로 한다.
다시, 도 2a 및 도 2b를 참조하면서, 토우(50)의 이동 경로에 대해 설명하면, 토우(50)는 헤드 서플라이 유닛(400)의 파이프(410)의 끝단에 구비된 유입구(430)를 통해 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 트랜스포머 유닛(300)을 구비한 3D 입체물 제조 로봇(100)의 내부 경로를 통과한다. 유입구(430)는 외부에 구비된 토우 공급부(미도시)로부터 토우를 공급받는다. 물론, 상기 토우 공급부(미도시)를 포함해도 무방하다.
또한, 후술하겠지만, 유입구(430)는 외부에 구비된 히터(미도시)와 연결되어 조절된 온도를 가지는 공기를 공급받을 수 있다. 유입구(430)를 통해 공급된, 온도 조절된 공기는, 토우(50)가 유입구(430)에 이를 때까지 토우(50)가 굳어지거나 경화되거나 열화되는 것을 방지하고, 3D 입체물 제조 로봇(100)의 내부를 통과하는 토우(50)가 굳어지거나 경화되거나 열화되는 것을 막는다. 유입구(430)를 통과한 토우(50)는 헤드 서플라이 유닛(400)의 유입 파이프(410)를 지나 트랜스포머 유닛(300)으로 진입한다.
이때, 헤드 서플라이 유닛(400)은 유입 파이프(410)의 내부에 헤드 서플라이 히터(420)를 구비하고 있기 때문에, 길이 방향의 파이프(410)를 지나는 동안, 토우(50)는 경화되지 않은 상태로 트랜스포머 유닛(300)까지 이동을 계속하게 된다.
이하에서 더욱 상세히 설명하겠지만, 트랜스포머 유닛(300)은 복수의 롤러를 구비하며, 상기 복수의 롤러는 토우(50)의 이동을 가이드한다. 헤드 서플라이 유닛(400)을 지나 트랜스포머 유닛(300)에 진입한 토우(50)는, 복수의 롤러의 일부와 접촉하면서 진행 방향을 변경한다. 다시 말해, 토우(50)의 진행 경로는 복수의 롤러의 구조나 배치에 의해 정의된다.
이때, 도 2a에 도시된 제1 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)에서는, 헤드 유닛(200)을 회전시키는 트랜스포머 유닛(300)이 헤드 유닛(200)을 이동시키거나 회전시킬 때, 복수의 롤러(도 2a에서는 5개의 롤러로 도시하지만, 이에 한정되지 않음)의 배치가 변하게 된다. 이에 따라, 토우(50)의 진행 방향이 달라질 수 있고, 토우(50)의 텐션 또한 영향을 받게 된다.
다만, 복수의 롤러 중 적어도 하나는, 토우(50)의 텐션을 일정하게 유지할 수 있게 설계되어 있다. 구체적으로, 상기 복수의 롤러 중 적어도 하나는 토우(50)의 텐션 유지용 롤러에 해당한다. 또한, 텐션 유지용 롤러를 제외한 나머지 복수의 롤러는, 토우(50)의 진행을 가이드하는 동시에, 헤드 유닛(200)의 회전에 관여한다.
이와 달리, 도 2b에 도시된 제2 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)에서는, 헤드 유닛(200)을 회전시키는 트랜스포머 유닛(300)이 헤드 유닛(200)을 이동시키거나 회전시킬 때, 복수의 롤러(도 2b에서는 4개의 롤러로 도시하지만, 이에 한정되지 않음)의 배치가 변하지 않는다. 다만, 복수의 롤러 중 적어도 하나는 텐션 조절용 롤러이기 때문에, 토우(50)의 텐션을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
트랜스포머 유닛(300)을 통과한 토우(50)는 헤드 유닛(200)으로 진행을 계속한다. 트랜스포머 유닛(300)의 전단에는 커플링(302)이 구비되며, 상기 커플링(302)은 헤드 유닛(200)의 끝단에 위치한 커플링(252)과 연결된다. 이때, 헤드 유닛(200)의 커플링(252)과 트랜스포머 유닛(300)의 커플링(302)은 서로 직접 연결될 수도 있고, 적절한 연결 부재에 의해 간접적으로 연결될 수 있다.
헤드 유닛(200)으로 진입한 토우(50)는 헤드 유닛(200)을 통과하여 외부로 토출된다. 이때, 길이 방향의 헤드 유닛(200)은 히터(미도시)를 구비하며, 내부를 통과 중인 토우(50)가 굳어지거나 경화되거나 열화되는 것을 방지한다.
본 발명에 따른 트랜스포머 유닛(300)을 구비하는 3D 입체물 제조 로봇(100)은, 토우(50)의 굳어짐, 경화 혹은 열화를 방지하기 위하여 다수의 히터를 구비한다. 다만, 토우(50)가 본 발명에 따른 3D 제조 로봇(100)으로부터 토출될 때에는 토우(50)의 온도를 조절할 필요가 있다. 이는, 토우(50)가 토출되는 기판상에 토우(50)가 달라붙거나 굳어지는 것을 방지하고, 토우(50)를 정확한 위치로 토출하고, 토출되는 속도를 조절하기 위한 것이다.
헤드 유닛(200)은 외부로 토출되는 토우(50)의 온도를 조절하기 위한 온도조절 강제공기 파이프(미도시)를 더 구비할 수 있다. 강제공기 파이프는 직간접적으로 토우(50)의 온도를 조절하며, 강제공기 파이프에 의해 온도가 조절된 토우(50)는 기판에 유착되지 않고, 헤드 유닛(200)으로부터 토출될 수 있게 된다.
조절된 토우(50)의 온도는, 토우(50)의 유착 없는 토출 및/또는 요구되는 토출률을 이루기 위한 온도 또는 온도 범위로 해석되면 무방하다.
본 발명에 따른 트랜스포머 유닛(300)이 구비된 3D 입체물 제조 로봇(100)은 히터(헤드 히터(미도시) 또는 헤드 서플라이 히터(420))나 강제공기 파이프(미도시)에 의해 조절되는 특정 온도나 온도 범위에 한정되지 않는다. 즉, 토우(50)의 재료나 성질에 따라, 토우(50)의 온도를 조절(상승, 하강 또는 유지)할 수 있는 기능을 갖는 것으로 충분하다.
이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 세부적인 구조와 동작에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 개략도, 도 4a는 본 발명의 트랜스포머 유닛(300)의 우측 분해사시도, 도 4b는 본 발명의 트랜스포머 유닛(300)의 좌측 분해사시도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 트랜스포머 유닛(300)은 복수의 롤러를 포함한다. 제1 실시예에서는, 총 5개의 롤러를 포함하는 것으로 상정하여 설명하지만, 이와 다른 실시예에서는 더 적은 개수의 롤러가 포함될 수 있고, 또 다른 실시예에서는 더 많은 개수의 롤러가 포함될 수도 있다.
제1 내지 제5 롤러(311 내지 315) 중 적어도 2개 이상의 롤러는 와이어(327)에 의해 연결되어, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315) 사이의 거리를 일정하게 유지시킨다. 이에 따라, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)에 형성되는 토우(50)의 이동 경로를 일정한 길이로 유지할 수 있게 된다.
다시 말해, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)는 토우(50)의 이동 경로를 정의하는데, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315) 사이의 거리가 일정하게 유지됨에 따라, 트랜스포머 유닛(300)의 구조적 안정성이 도모되고, 트랜스포머 유닛(300)을 지나는 토우(50)의 전체 길이가 일정(constant)해진다.
본 실시예에서는, 제2 내지 제5 롤러(312 내지 315)의 우측면에 위치한 와이어 걸림부(322 내지 325)에 와이어(327)가 체결되어, 각 롤러의 길이가 일정하게 유지된다.
한편, 트랜스포머 유닛(300)에 구비된 제1 내지 제6 체인(341 내지 346)은, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)의 위치 변화에 연동하여 형상이 달라질 수 있다.
본 실시예에서는, 제1 롤러(311)에 대한 제2 롤러(312)의 상대적 위치, 제2 롤러(312)에 대한 제1 롤러(311)의 상대적 위치는 일정하다. 즉, 제1 롤러(311)와 제2 롤러(312)의 서로에 대한 배치(이격 거리와 상대적 각도)는 변하지 않는다.
또한, 제3 롤러(313)에 대한 제5 롤러(315)의 상대적 위치, 제5 롤러(315)에 대한 제3 롤러(313)의 상대적 위치는 일정하다. 즉, 제3 롤러(313)와 제5 롤러(315)의 서로에 대한 배치(이격 거리와 상대적 각도)는 변하지 않는다.
이때, 제3 롤러(313)와 제5 롤러(315) 사이에 위치하는 제4 롤러(314)도, 제3 롤러(313) 및 제5 롤러(315)에 대한 상대적 위치가 일정하지만, 제4 롤러(314)는 텐션 조절용 롤러로 동작하는 경우, 소정 범위 내에서 위치가 가변적이다.
이에 따라, 제1 롤러(311) 및 제2 롤러(312)는 하나의 단위로 움직이고, 제3 롤러 내지 제5 롤러(313 내지 315)도 하나의 단위로 움직이는 것으로 설명될 수 있다.
한편, 제2 롤러(312)와 제3 롤러(313)는 연결부재(350)에 의해 연결된다.
제5 롤러(315)를 중심으로, 트랜스포머 유닛(300)의 일부가 회전하게 되면, 제3 및 제4 롤러(313,314)도 일정한 이격 거리와 상대적 각도를 유지하면서 회전하게 된다.
이에 따라, 연결부재(350)에 의해 제3 롤러(313)와 연결된 제2 롤러(312)의 위치도 변화하게 된다.
제2 롤러(312)의 위치 변화는, 일정한 이격 거리와 상대적 각도를 가지고 배치된 제1 롤러(311)의 위치변화를 수반한다.
제5 롤러(315)의 회전에 따른 제1 및 제2 롤러(311,312)의 위치 변화는, 헤드 유닛(200)의 움직임으로 연결된다. 이는 헤드 유닛(200)의 커플링(252)은 트랜스포머 유닛(300)의 커플링(302)과 연결되어 있고, 트랜스포머 유닛(300)의 커플링(302)은 제1 롤러(311)와 근접하여 고정되어 있기 때문이다. 즉, 트랜스포머 유닛(300)의 커플링(302)과 제1 롤러(311) 사이의 이격 거리와 배치 각도는 일정하다.
또한, 헤드 유닛(200)은 헤드 서플라이(400)의 헤드 체결부(440)에 연결되어 있기 때문에, 헤드 체결부(440)와 헤드 유닛(200)의 연결축(401b)을 중심으로 헤드 유닛(200)과 트랜스포머 유닛(300)의 일부(제1 롤러(311) 및 제2 롤러(312)가 위치한 영역)는 상대적인 운동을 한다.
지레의 원리로 설명하면, 헤드 체결부(440)와 헤드 유닛(200)의 연결축(401b)이 받침점, 트랜스포머 유닛(300)의 제1 롤러(311)가 위치한 영역이 힘점, 헤드 유닛(200)이 작용점이 된다.
제1 롤러(311)가 위치한 트랜스포머 유닛(300)의 영역이 상승 이동(회전)하게 되면, 헤드 유닛(200)은 하강 이동(회전)하게 되고, 제1 롤러(311)가 위치한 트랜스포머 유닛(300)의 영역이 하강 이동(회전)하게 되면, 헤드 유닛(200)이 상승 이동(회전)하게 된다.
이때, 헤드 체결부(440)의 길이는 일정하고, 헤드 유닛(100)의 동작을 제어하는 트랜스포머 유닛(300)은, 헤드 체결부(440)의 내부에 위치한다. 따라서, 본 발명에 따른 트랜스포머 유닛(300)은, 제한된 거리(헤드 체결부(440)의 길이)에 구비되어, 헤드 유닛(200)의 이동을 도모할 수 있게 되며, 이에 따라 3D 입체물 제조 로봇(100)을 더욱 컴팩트하게 구성할 수 있게 된다.
도 4a는 트랜스포머 유닛(300)의 우측 분해사시도로서, 트랜스포머 유닛(300)에 포함된 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)의 우측면을 세부적으로 도시하고 있다.
제1 내지 제5 롤러(311 내지 315) 중 적어도 2개 이상의 롤러는 와이어(327)에 의해 연결되어, 각 롤러(311 내지 315) 사이의 간격이 일정하게 유지된다.
즉, 와이어(327)는, 트랜스포머 유닛(300)의 형상이 변하는 경우에도, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315) 사이의 거리를 일정하게 유지시킨다. 이에 따라, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)에 의하여 형성되는 토우(50)의 이동 경로를 일정한 길이로 유지할 수 있게 된다.
한편, 트랜스포머 유닛(300)에 구비된 제1 내지 제6 체인(341 내지 346)은 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)의 위치 변화에 따른 트랜스포머 유닛(300)의 변형에 연동하여, 형상이 달라질 수 있다.
제1 내지 제5 롤러(311 내지 315) 중 적어도 하나의 롤러는, 트랜스포머 유닛(300)을 통과하는 토우(50)의 텐션을 적응적으로 조절하는 기능을 갖는 텐션 조절용 롤러로서 기능한다.
본 실시예에서는 제4 롤러(314)가 토우(50)의 적응적 텐션 조절 기능을 갖는 것으로 도시되어 있다. 다만, 이와 다른 롤러가 이와 같은 기능을 수행할 수도 있고, 텐션 조절용 롤러가 별도로 구비되어도 무방하다.
위에서 설명한 바와 같이, 트랜스포머 유닛(300)에 구비된 각각의 롤러(311 내지 315)는 토우(50)의 이동 경로를 정의한다. 도 2a를 참조하면, 토우(50)는 트랜스포머 유닛(300)으로 진입하여, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)에 의해 가이드되어 헤드 유닛(200)으로 진행한다.
즉, 토우(50)는 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315) 각각의 원주면 일부를 접촉하면서, 진행 방향을 바꾸면서 헤드 유닛(200)으로 나아가게 된다.
이때, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)의 상대적 위치가 변화하는 경우, 토우(50)의 텐션이 변화(증가 혹은 감소)할 수 있다.
토우(30)의 텐션을 조절하는 기능을 갖는 텐션 조절용 롤러인 제4 롤러(314)는 탄성 부재(318)를 구비할 수 있다. 탄성 부재(318)에 의해 제4 롤러(314)는 소정 거리 내에서 이동이 가능하다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 탄성 부재(318)의 일단은, 적응적 텐션 조절용 롤러인 제4 롤러(314)의 중심에 연결되고, 탄성 부재(318)의 타단은 트랜스포머 유닛(300)의 내부에 고정된다.
제4 롤러(314)는 트랜스포머 유닛(300)이 변형되면서 발생하는 토우(50)의 텐션 변화에 대응하여, 소정 거리 내에서 위치가 이동함으로써 토우(50)의 텐션을 일정하게 유지한다.
도 5는 텐션 조절용 롤러인 제4 롤러(314)를 중심으로 한 확대도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 텐션 조절용 롤러(314)에 연결된 탄성 부재(318)는, 토우(50)의 텐션 변화에 대응하여, 소정 거리(Ta와 Tb 사이)에서 이동 가능하다.
즉, 트랜스포머 유닛(300)의 변형에 따라 토우(50)의 텐션이 높아지면, 탄성 부재(318)는 제4 롤러(314)가 토우(50)의 텐션을 느슨하게 할 수 있는 위치(예를 들어, Ta 위치)로 이동하는 것을 허용한다.
마찬가지로, 트랜스포머 유닛(300)의 변형에 따라 토우(50)의 텐션이 낮아지면, 탄성 부재(318)는 제4 롤러(314)가 토우(50)의 텐션을 높일 수 있는 위치(예를 들어, Tb 위치)로 이동하는 것을 허용하게 된다.
이와 같이, 토우(50)의 이동 경로가, 적응적 텐션 조절용 롤러인 제4 롤러(314)를 포함하는 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)에 의해 형성되면, 토우(50)의 텐션 변화에 대응하여 토우(50)의 텐션을 일정하게 조절할 수 있게 된다.
본 실시예에서는, 적응적 텐션 조절용 롤러인 제4 롤러(314)의 위치 이동을 가능케 하는 수단으로서, 탄성 부재(318)를 언급했지만, 이와 다른 수단을 구비해도 무방하다.
한편, 트랜스포머 유닛(300)의 내부 구성들은 와이어 커버(320) 및 롤러 커버(360)에 의해서 외부로부터 격리되고 보호될 수 있다.
와이어 커버(320)는 트랜스포머 유닛(300) 의 우측면(도 4a에 도시된 면)에 구비되어, 와이어(327) 등을 보호하고, 롤러 커버(360)는 트랜스포머 유닛(300)의 좌측면(도 4b에 도시된 면)에 구비되어, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315), 탄성 부재(318) 등을 보호한다.
이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 세부적인 구조와 동작에 대해 설명한다.
도 6a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 트랜스포머 유닛(300)의 우측 분해사시도, 도 6b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 트랜스포머 유닛(300)의 좌측 분해사시도이다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 트랜스포머 유닛(300)은 복수의 롤러를 포함한다. 제2 실시예에서는, 총 4개의 롤러를 포함하는 것으로 상정하여 설명하지만, 이와 다른 실시예에서는 더 적은 개수의 롤러가 포함될 수 있고, 또 다른 실시예에서는 더 많은 개수의 롤러가 포함될 수도 있다.
제1 내지 제4 롤러(381 내지 384) 중 적어도 2개 이상의 롤러는 위치가 고정되어 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 롤러(381 내지 384)에 형성되는 토우(50)의 이동 경로를 일정한 길이로 유지할 수 있게 된다.
다시 말해, 제1 내지 제4 롤러(381 내지 384)는 토우(50)의 이동 경로를 정의하는데, 제1 내지 제4 롤러(381 내지 384) 사이의 거리가 일정하게 유지됨에 따라, 트랜스포머 유닛(300)의 구조적 안정성이 도모되고, 트랜스포머 유닛(300)을 지나는 토우(50)의 전체 길이가 일정(constant)해진다.
특히, 위에서 설명한 제1 실시예에서와 마찬가지로, 제1 내지 제4 롤러(381 내지 384)의 일측면에 와이어 걸림부(미도시)에 체결된 와이어(미도시)에 의해 각 롤러의 위치가 고정되고, 각 롤러 사이의 간격 혹은 길이가 일정하게 유지될 수 있다.
본 실시예에서는, 서로에 대한 각 롤러(381 내지 384)의 상대적 위치(이격 거리 또는 상대적 각도)가 일정하다.
여기서, 제1 롤러(381)는 헤드 유닛(200)과 헤드 서플라이(400)의 헤드 체결부(440)가 연결되는 체결영역(389)에 인접하여 위치할 수 있다. 헤드 유닛(200)은 상기 체결영역(389)에서 장착되어, 회전축(401b)(도 1b 참조)을 중심으로 B-B' 방향으로 회전할 수 있다.
도 6a는 트랜스포머 유닛(300)의 우측 분해사시도로서, 제2 실시예에 따른 트랜스포머 유닛(300)에 포함된 제1 내지 제4 롤러(381 내지 384)의 우측면을 세부적으로 도시하고 있다.
한편, 제1 내지 제4 롤러(381 내지 384) 중 적어도 하나의 롤러는, 트랜스포머 유닛(300)을 통과하는 토우(50)의 텐션을 적응적으로 조절하는 기능을 갖는 텐션 조절용 롤러로서 기능한다.
도 6a 및 도 6b에서는 제3 롤러(383)가 토우(50)의 적응적 텐션 조절 기능을 갖는 것으로 도시되어 있다. 다만, 이와 다른 롤러가 이와 같은 기능을 수행할 수도 있고, 텐션 조절용 롤러가 별도로 구비되어도 무방하다.
위에서 설명한 바와 같이, 트랜스포머 유닛(300)에 구비된 각각의 롤러(381 내지 384)는 토우(50)의 이동 경로를 정의한다. 도 2b를 참조하면, 토우(50)는 트랜스포머 유닛(300)으로 진입하여, 제1 내지 제4 롤러(381 내지 384)에 의해 가이드되어 헤드 유닛(200)으로 진행한다.
즉, 토우(50)는 제1 내지 제4 롤러(381 내지 384) 각각의 원주면 일부를 접촉하면서, 진행 방향을 바꾸면서 헤드 유닛(200)으로 나아가게 된다.
이때, 제1 내지 제4 롤러(381 내지 384)를 지나는 토우(50)의 텐션이 변화(증가 혹은 감소)할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 토우(30)의 텐션을 조절하는 기능을 갖는 텐션 조절용 롤러인 제3 롤러(383)는 탄성 부재(388)를 구비할 수 있다. 탄성 부재(388)에 의해 제3 롤러(383)는 소정 거리 내에서 이동이 가능하다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 탄성 부재(388)의 일단은, 적응적 텐션 조절용 롤러인 제3 롤러(383)의 중심에 연결되고, 탄성 부재(388)의 타단은 트랜스포머 유닛(300)의 내부에 고정된다. 도 6a에서는 탄성 부재(388)의 타단이 제4 롤러(384)의 중심에 고정되어 있지만, 이와 다른 영역에 고정될 수도 있다.
제3 롤러(383)는 트랜스포머 유닛(300)을 지나면서 발생하는 토우(50)의 텐션 변화에 대응하여, 소정 거리 내에서 위치가 이동함으로써 토우(50)의 텐션을 일정하게 유지한다. 이와 관련해서는, 도 5와 관련한 설명과 동일하므로, 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
토우(50)의 이동 경로가, 적응적 텐션 조절용 롤러인 제3 롤러(383)를 포함하는 제1 내지 제4 롤러(381 내지 384)에 의해 형성되면, 토우(50)의 텐션 변화에 대응하여 토우(50)의 텐션을 일정하게 조절할 수 있게 된다.
본 실시예에서는, 적응적 텐션 조절용 롤러인 제3 롤러(383)의 위치 이동을 가능케 하는 수단으로서, 탄성 부재(388)를 언급했지만, 이와 다른 수단을 구비해도 무방하다.
한편, 트랜스포머 유닛(300)의 내부 구성들은 커버(390,391)에 의해서 외부로부터 격리되고 보호될 수 있다.
도 7은 트랜스포머 유닛(300)이 연결되는 헤드 서플라이 유닛(400)을 확대한 도면이다. 헤드 서플라이 유닛(400)의 구조는 제1 실시예 및 제2 실시예에서 동일할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 트랜스포머 유닛(300)은 헤드 서플라이 유닛(400)과 연결되고, 헤드 유닛(200)은 헤드 체결부(440)를 통해 헤드 서플라이 유닛(400) 과 연결된다. 도 7에서는 헤드 유닛(400)의 도시가 생략되어 있다.
본 발명에 따른 트랜스포머 유닛(300)은 히터 어셈블리(370)를 포함할 수 있다. 히터 어셈블리(370)는 적절한 온도의 공기를 발생시켜 트랜스포머 유닛(300)의 내부를 통과하는 토우(50)가 굳어지거나 경화되거나 열화되는 것을 방지한다. 히터 어셈블리(370)에 의해 발생된 온도 조절된 공기는, 히터 홀더(372)와 히터 가이더(377)를 통해 트랜스포머 유닛(300)의 내부로 전달된다.
구체적으로, 히터 어셈블리(370)를 통해 전달된 적절한 온도의 공기는 트랜스포머 유닛(300)을 통과하는 토우(50)의 이동 경로에 전달된다.
히터 어셈블리(370)는 히터 플레이트(375) 위에 탑재되어, 헤드 서플라이(400)에 탈착 가능하게 고정될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일 구성인 트랜스포머 유닛(300)을 통과하는 토우(50)는, 이동 경로상에 공급되는 공기에 의해 적절한 온도를 유지하여 굳어지거나 경화되거나 열화되는 것을 피할 수 있다.
토우(50)의 굳어짐, 경화 또는 열화를 방지하는 구성은 히터 어셈블리(370) 외에도, 헤드 서플라이(400)의 유입구(430)와 연결된 외부 히터(미도시), 헤드 서플라이(400)의 헤드 서플라이 히터(420), 헤드 유닛(200)의 헤드 히터(미도시)가 있다. 이러한 히팅 장치들에 의해 토우(50)는 굳어짐이나 경화 또는 열화를 피할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 트랜스포머 유닛(300)의 각 롤러(311 내지 315) 중 적어도 하나는 모터(미도시)를 더 구비할 수 있다. 이는, 각 롤러(311 내지 315)에 의해 가이드되는 토우(50)의 토출률 및 토출 속도를 조절하는 기능을 가진다.
각각의 롤러(311 내지 315)는 개별적으로 모터가 연결될 수 있고, 사용자는 모터를 제어함으로써, 각각의 롤러(311 내지 315)의 회전 속도를 결정할 수 있다. 롤러(311 내지 315)의 회전 속도는 각각의 롤러(311 내지 315)에 의해 가이드되는 토우(50)의 이동 속도에 직접적으로 관여한다. 물론, 다른 실시예에서는, 복수의 롤러(311 내지 315) 중 일부의 롤러에만 모터가 연결될 수도 있다.
이와 마찬가지로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 트랜스포머 유닛(300)의 각 롤러(381 내지 384) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 모터(미도시)를 구비할 수 있다. 이는, 각 롤러(381 내지 384)에 의해 가이드되는 토우(50)의 토출률 및 토출 속도를 조절하는 기능을 가진다.
각각의 롤러(381 내지 384)는 개별적으로 모터가 연결될 수 있고, 사용자는 모터를 제어함으로써, 각각의 롤러(381 내지 384)의 회전 속도를 결정할 수 있다. 롤러(381 내지 384)의 회전 속도는 각각의 롤러(381 내지 384)에 의해 가이드되는 토우(50)의 이동 속도에 직접적으로 관여한다. 물론, 다른 실시예에서는, 복수의 롤러(381 내지 383) 중 일부의 롤러에만 모터가 연결될 수도 있다.이하에서는, 도 8 내지 도 10을 참조하면서, 제1 실시예에 따른 트랜스포머 유닛(300)에 의한 헤드 유닛(200)의 회전/이동 동작을 설명하기로 한다.
도 8은 제1 실시예에 따른 트랜스포머 유닛(300)의 구성이 도 3의 상태에 위치한 경우를 도시한다. 이때, 헤드 유닛(200)은 수평면과 대략 평행한 방향, 즉, 헤드 서플라이(400)의 길이 방향의 연장선상에 놓이게 된다.
여기서, 트랜스포머 유닛(300)의 제3 내지 제5 롤러(313 내지 315)가 구비된 영역이, 제5 롤러(314)를 중심으로 하방으로 회전한 경우를 도 9에 도시하였고, 상방으로 회전한 경우를 도 10에 도시하였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제3 내지 제5 롤러(313 내지 315)는 동일한 부재에 포함되어 있기 때문에, 하나의 단위로 움직일 수 있다. 또, 제1 및 제2 롤러(311 및 312)도 동일한 부재에 포함되어 있기 때문에, 하나의 단위로 움직일 수 있다.
아울러, 제2 롤러(312) 및 제3 롤러(313)가 연결부재(350)에 의해 연결되므로, 제5 롤러(315)가 회전하는 경우, 모든 롤러가 연동하여 이동할 수 있게 된다.
도 9는 제5 롤러(315)가 포함된 트랜스포머 유닛(300)의 일부 영역(제3 내지 제5 롤러가 포함된 영역)이 제5 롤러(315)를 중심으로 회전한 경우를 나타낸다.
제5 롤러(315)를 중심으로 한 트랜스포머 유닛(300)의 일부 영역(제3 내지 제5 롤러가 포함된 영역)의 회전은, 제3 롤러(313)와 제2 롤러(312)를 잇는 연결부재(350)를 상승시켜, 트랜스포머 유닛(300)의 또 다른 영역(제1 및 제2 롤러가 포함된 영역)을 이동시킨다. 또 다른 영역(제1 및 제2 롤러가 포함된 영역)이 상승하면, 상기 또 다른 영역에 연결되어 있는 헤드 유닛(200)의 이동 또는 회전을 야기한다. 구체적으로, 연결축(401b)을 기준으로 상기 또 다른 영역의 반대편에 있는 헤드 유닛(200)이 아래를 향하게 된다.
도 10은 제5 롤러(315)를 포함하는 트랜스포머 유닛(300)의 일부 영역(제3 내지 제5 롤러가 포함된 영역)이, 도 9의 반대 방향으로 회전한 경우를 나타낸다.
제5 롤러(315)를 중심으로 한 트랜스포머 유닛(300)의 일부 영역(제3 내지 제5 롤러가 포함된 영역)의 회전은, 제3 롤러(313)와 제2 롤러(312)를 잇는 연결부재(350)를 아래로 끌어당겨, 트랜스포머 유닛(300)의 또 다른 영역(제1 및 제2 롤러가 포함된 영역)을 이동시킨다. 또 다른 영역(제1 및 제2 롤러가 포함된 영역)이 하강하면, 상기 또 다른 영역에 연결되어 있는 헤드 유닛(200)의 이동 또는 회전을 야기한다. 구체적으로, 연결축(401b)을 기준으로 상기 또 다른 영역의 반대편에 있는 헤드 유닛(200)이 위를 향하게 된다.
이와 같이, 트랜스포머 유닛(300)은 복수의 롤러(311 내지 315)를 이용하여, 한정된 공간(헤드 체결부(440)에 의해 한정된 길이 범위내)에서 형상이 변형되면서, 헤드 유닛(200)을 회전시킬 수 있기에, 3D 입체물 제조 로봇(100)을 컴팩트하게 만들 수 있다.
마지막으로, 도 11 및 도 12를 참조하면서, 제2 실시예에 따른 트랜스포머 유닛(300)에 의한 헤드 유닛(200)의 회전/이동 동작을 설명하기로 한다.
도 11은 헤드 유닛(200)이 수평면과 대략 평행한 방향, 즉, 헤드 서플라이(400)의 길이 방향의 연장선상에 놓인 상태를 나타낸다. 제1 실시예와 달리, 제2 실시예에서는 헤드 유닛(200)의 회전은 트랜스포머 유닛(300)에 구비된 각 롤러(381 내지 384)에 영향을 주지 않는다. 도 12는 헤드 유닛(200)이 수직 하방으로 회전한 경우를 나타낸다. 도 11 및 12와 같이, 제2 실시예에서는, 헤드 유닛(200)은 헤드 체결부(440)에 의해 회전 가능하게 고정되고, 헤드 유닛(200)과 트랜스포머(300)의 상호 연결은 토우(50)의 이동 경로를 형성하기 위한 것이다.
트랜스포머 유닛(300)은 복수의 롤러(381 내지 384)를 이용하여, 토우(50)의 텐션을 일정하게 유지하고, 헤드 유닛(300)은 헤드 체결부(440)에 연결되어 용이하게 회전 가능하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 형태를 포함하는 특정 실시예의 관점에서 본 발명을 설명했지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 위에서 설명된 발명의 구성에 있어서, 다양한 치환이나 변형을 예측할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 권리범위와 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 구조적이고 기능적인 변조가 다양하게 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상이나 권리범위는 본 명세서에 첨부된 청구범위에 기술된 바와 같이 광범위하게 이해될 수 있을 것이다.
100‥‥‥‥3D 입체물 제조 로봇 200‥‥‥‥헤드 유닛
300‥‥‥‥트랜스포머 유닛 311∼315‥‥‥롤러
322∼325‥‥와이어 걸림부 341∼346‥‥‥체인
350‥‥‥‥연결부재 370‥‥‥‥‥히터 어셈블리
377‥‥‥‥히터 가이더 381∼384‥‥‥롤러
400‥‥‥‥헤드 서플라이 유닛 440‥‥‥‥헤드 체결부
500‥‥‥‥‥바디 유닛 510‥‥‥‥회전 베이스
520‥‥‥‥‥연결 암

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  9. 헤드 유닛의 이동 또는 회전을 제어하는 트랜스포머로서,
    상기 트랜스포머는 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재의 이동 경로를 정의하는 복수의 롤러; 및
    상기 복수의 롤러 중 적어도 2개의 롤러를 연결하는 연결부재;를 포함하고,
    상기 복수의 롤러 중 적어도 하나는 상기 소재의 텐션을 유지하기 위한 텐션 조절용 롤러이고, 상기 트랜스포머는, 상기 복수의 롤러의 배치를 변경함으로써, 상기 헤드 유닛을 이동 또는 회전시키는, 트랜스포머.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 텐션 조절용 롤러와 연결되어, 상기 텐션 조절용 롤러의 이동을 허용하는 탄성 부재;를 더 포함하는, 트랜스포머.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 트랜스포머는,
    상기 복수의 롤러 중 하나의 롤러를 중심으로 한 일부 영역의 회전에 따라, 상기 연결부재 및 상기 연결부재에 연결된 적어도 하나의 롤러가 연동하여 이동함으로써, 상기 헤드 유닛의 이동 또는 회전을 제어하는, 트랜스포머.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 롤러 중 적어도 하나의 회전 속도를 제어하기 위한 적어도 하나의 모터;를 더 포함하는, 트랜스포머.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 헤드 유닛은, 복수의 롤러에 의해 가이드된 상기 소재를 토출시키는, 트랜스포머.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 소재는, 스트랜드(strand), 얀(yarn), 토우(tow), 번들(bundle), 밴드(band) 또는 테이프(tape)로 구성된, 트랜스포머.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 소재의 굳어짐, 경화 또는 열화를 방지하도록 조절된 온도의 공기를 발생시키는 히터 어셈블리;를 포함하는, 트랜스포머.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 히터 어셈블리에 의해 발생한 공기를, 상기 소재의 이동 경로로 가이드하는 히터 가이더;를 더 포함하는, 트랜스포머.
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