KR101760798B1 - 멀티 노즐을 가진 3d 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송수신 코일과 정류기와 중앙처리장치와 센서가 인공 치아 몸체에 삽입되어 구비되고, 상기 송수신 코일은 스마트폰에서 발생한 전기 자장을 수신하고, 수신된 전기 자장은 정류기를 통하여 중앙처리장치에 에너지원으로 공급되고, 중앙처리장치의 제어에 의하여 상기 센서가 센싱을 하고, 상기 센서는 센싱 동작에 의하여 만들어진 센서 데이터를 중앙처리장치로 출력하고, 상기 중앙처리장치는 파형 발생기를 제어하여 센서 데이터를 상기 송수신 코일을 통하여 출력하므로서, 소형 센서를 인공 치아 내에 삽입하지만, 전원 공급 문제도 해결되고 센서의 검출 결과를 간단하게 수신 받고, 수신 받은 데이터를 효율적으로 저장하고, 필요에 따라서는 제 3의 장소에 센서 데이터를 전송할 수 있는 인공 치아에 구비된 센서를 제공할 수 있게 된다.

Description

멀티 노즐을 가진 3D 프린터{3-D printer with the multi nozzle}

본 발명은 멀티 노즐을 가진 3D(Dimensional) 프린터에 관한 것으로서, 적어도 2 개 이상의 실린더가 구비되고, 상기 실린더에는 각각 종류가 다른 재료가 구비되고, 상기 실린더에는 밸브가 각각 구비되어, 인쇄 조건에 따라 해당되는 재료가 구비된 실린더가 밸브에 의하여 선택되어, 상기 선택된 실린더 내이 재료로 3 D 인쇄를 실시하도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티 노즐을 가진 3D(Dimensional) 프린터에 관한 것이다

3 D 프린터는 컴퓨터 디자인 프로그램으로 만든 3차원 도면을 바탕으로 실물의 입체 모양 그대로 찍어내는 기계를 말하며, 어떤 제품 아이디어든 설계도만 있으면 플라스틱은 물론 고무·금속·세라믹 등 150여 개 소재로 한 시간에서 하루 안에 실물로 만들 수 있다는 특징을 가지게 된다. 그리고, 3 D 프린터의 개발 초기에 플라스틱에 국한됐던 소재는 나일론·금속 등으로 확장됐으며, 산업용 샘플을 찍어내는 데 불과했던 출력 부품도 시계·신발·휴대전화 케이스·자동차 부속품으로까지 발전하는 과정에 있는 실정이다.

그리고, 그 방법으로는 커다란 원재료 덩어리를 칼날을 이용해서 조각하는 절삭형 방식이 존재하지만, 덩어리에서 깎아내는 작동 원리상 재료를 많이 소비하며, 컵이나 파이프 처럼 생긴 물체는 제작하기 어렵다는 단점이 있다. 또한, 가장 최근의 방법으로 많이 사용되는 방법은 적층형이 있다. 적층형은 말 그대로 매질을 층층이 쌓아 올려 조형하는 방식이다. 즉, 최근의 3D 프린터라면 적층형 방식을 말한다. 아울러, 적층형 방식은 재료에 따라 구별이 되기도 한다.

그리고, ABS같은 플라스틱 재료를 녹여 노즐에서 분사하여 적층하는 방식, 얇게 분말재료를 필드에 깐 다음 레이저로 선택된 부분만 녹여 굳히기를 반복하여 제품을 만드는 방식, 및 얇게 분말재료를 필드에 깔고 레이저가 아닌 접착제를 분사하여 굳히는 방식 등이 존재하게 된다. 또한 근래에는 기술의 발달로 금속 3D 프린터로 만들어낸 로켓 엔진 부품의 연소 테스트가 성공된 사례도 보고되고 있는 실정이다.

하지만, 아직까지는 제작상의 오류도 존재하고 개선할 부분이 많은 것은 사실이다. 즉 적층과정에서의 효율성을 높이기 위한 기술은 지속적으로 끊임없이 개발되어야 한다는 것이다.

예를들어, 제작 효율을 높이는 한 방법으로, 결합제를 아래 위치한 층으로 침투하도록 하여 층간 접착(interlayer bonding)을 생성하게 하고. 제1 단면 부분이 형성된 후, 이전 단계가 반복되어, 최종 목표물이 형성될 때까지 연속적인 단면을 형성하는 방법을 제시한 미국 특허 제6,375,874호 및 제6,416,850호 등이 있다.

하지만, 때로는 먼지 등으로 결합제 재료를 분배하는 제트 노즐(jet nozzle)을 막을 수 있어, 결합제 재료가 분배되지 못하게 하거나 또는 결합제 재료가 부정확하게 분배되게 한다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 특허 공개 제 10-2009-0014395호 에서는 “3차원 프린터용 분말 처리 시스템이며, 복수의 분말 보유 리셉터클과, 복수의 분말 보유 리셉터클에 커플링되고 분말 보유 리셉터클들 사이에서 분말을 전달하는 진공 소스와, 복수의 분말 보유 리셉터클 및 진공 소스와 유동 소통하는 다중 포트 밸브와, 진공 소스와 복수의 분말 보유 리셉터클 사이에 배치된 여과 시스템을 포함하고, 진공 소스는 다중 포트 밸브를 통해 분말 보유 리셉터클들 사이에서 분말을 전달하는 분말 처리 시스템.”을 제공하여, 사용자의 개입을 최소화하면서 여러 소스로부터 분말 분배 장치로 분말을 전달하는 수단을 포함하여, 산개한 분말에 의한 3D 프린터와 주변 영역의 오염을 감소시키고, 동시에 재사용을 위한 분말의 재활용을 개선하는 수단을 제공한다.

하지만, 상기 기술은 하나의 3 D 인쇄 제품을 제조하는 데에 있어서, 서로 다른 특성을 가진 적어도 2 종류 이상의 재료를 사용하는 방법을 제시하는 것이 아니다,

따라서, 비록 하나의 3 D 인쇄 제품을 제조하지만 서로 다른 특성을 가진 적어도 2 종류 이상의 재료를 사용하는 방법 등의 개발이 절실한 실정이다..

선행기술1: 대한민국 공개특허 제10-2009-0014395호(2009년02월10일)

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 하나의 3 D 인쇄 제품을 제조하지만 서로 다른 특성을 가진 적어도 2 종류 이상의 재료를 사용하여 3 D 인쇄를 실시하도록 하기 위하여 적어도 2 개 이상의 실린더가 구비되고, 상기 실린더에는 각각 종류가 다른 재료가 구비되어, 하나의 3 D 인쇄 제품 내에서 색이 다르거나 두께가 다른 3 D 인쇄 제품을 제조하는 기술을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 목적은, 인쇄 재료를 분사하는 인쇄 헤드(60), 인쇄 헤드의 경로와 움직임을 제어하는 구동부(20), 상기 구동부를 작업 경로의 알고리즘대로 제어하거나 경로 알고리즘 등을 수행하는 중앙처리장치(CPU)(10), 인터페이스부(30) 및 멀티 노즐로 구성되고, 상기 멀티 노즐은 서로 다른 재료가 담겨져 있는 2 개 이상의 실린더와 상기 실린더를 열고 닫는 밸브로 구성된 것이고, 인쇄 재료(55)가 담겨져 있는 실린더(54)가 적어도 2 개 이상구비 되고, 상기 실린더(54)에는 압력 기체 이동관(53)과 재료 이동관(57)이 각각 연결되어 있고, 압력 기체 이동관(53)은 기체(공기) 밸브(51)를 통하여 실린더(54)와 연결되고, 재료 이동관(57)은 재료 밸브(52)를 통하여 실린더(54)와 연결되며, 상기 실린더(54) 내에는 피스톤(54a)이 구비되어 상기 피스톤이 인쇄 재료(55)를 실린더 밖으로 밀어 내므로서, 인쇄 재료는 인쇄 헤드(60)에 공급되게 된다,

그리고, 2 개 이상의 실린더에서 1 개의 실린더를 선택하게 되면, 선택된 실린더(54)와 연결된 기체 밸브(51)와 재료 밸브(52)를 열어주게 되고, 선택되지 않은 다른 실린더(54)에 연결된 기체 밸브(51)와 재료 밸브(52)는 닫아주게 되며, 상기 선택된 실린더(54)에는 공기 주입구(54b)를 통하여 압력 기체(공기)가 주입되고, 상기 압력 기체에 의하여 피스톤(54a)이 이동하면, 재료 출구(54c)를 통하여 인쇄 재료(55)를 실린더 밖으로 밀어 내게 된다.

또한, 본원 발명의 또 다른 실시예로서, 인쇄 재료를 분사하는 인쇄 헤드(60), 인쇄 헤드의 경로와 움직임을 제어하는 구동부(20), 상기 구동부를 작업 경로의 알고리즘대로 제어하거나 경로 알고리즘 등을 수행하는 중앙처리장치(CPU)(10), 인터페이스부(30) 및 멀티 노즐로 구성되고, 상기 멀티 노즐은 서로 다른 재료가 담겨져 있는 2 개 이상의 실린더와 상기 실린더를 열고 닫는 밸브로 구성된 것이고, 중앙처리장치(10)는 인쇄하고자 하는 제품의 두께를 판단하고, 제품 전체의 두께가 정해진 "T" 값 보다 더 크거나, 제품 전체의 두께가 정해진 "T" 값 보다 더 낮음을 판단하고, 제품 전체가 두께가 "T" 이상이면, 점도가 낮은 재료가 담겨진 실린더를 선택하여 제품을 인쇄하여 제작하고, 제품 전체가 두께가 "T" 이하이면, 점도가 높은 재료가 담겨진 실린더를 선택하고 제품을 인쇄하고, 제품에서 일부 영역은 제품 두께가 “T” 이상이고 제품에서 일부 영역은 제품 두께가 “T” 이하이면, 제품에서 T 이상 영역은 저 점도 재료로 인쇄하고, 제품에서 T 이하 영역은 고 점도 재료로 인쇄한다.

그리고, 두께가 "T" 이상이면 중앙처리장치(10)가 점도가 낮은 재료가 담겨진 실린더(54)와 연결된 기체 밸브(51)와 재료 밸브(52)를 열어주게 되고, 두께가 "T" 이하이면 중앙처리장치(10)가 점도가 높은 재료가 담겨진 실린더(54)와 연결된 기체 밸브(51)와 재료 밸브(52)를 열어주게 된다,

한편, 멀티 노즐에 압력 기체를 공급하는 기체 이동관(53)과 상기 기체 이동관을 통하여 압력 기체를 공급하는 압력 펌프(80)가 더 구비되고, 상기 중앙처리장치는 점도가 낮거나 높은 재료가 담겨져 있는 실린더의 선택에 따라 압력 펌프(80)의 압력 값을 조절한다,

이상에서 설명한 바와 같이, 비록 하나의 3 D 인쇄 제품을 제조하지만 서로 다른 특성을 가진 적어도 2 종류 이상의 재료를 사용하여 3 D 인쇄를 실시할 수 있으므로서, 하나의 3 D 인쇄 제품 내에서 색이 다르거나 두께가 다른 3 D 인쇄 제품을 제조할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 인쇄 방법이 적용된 3 D 프린터의 블록도를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 2는 본원 발명의 멀티 노즐을 나타내는 실시예의 도면이다.
도 3내지 도 5는 실린더의 구조를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 6 과 도 7은 인쇄 헤드의 구조를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 8은 제품의 두께에 따라 재료가 다르게 선택되는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 9는 중앙처리장치가 제어 가능한 또 다른 제품을 나타낸 실시예의 도면이다,
도 10은 본원발명의 또 다른 실시예의 흐름도를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다.

아울러, 본 발명의 설명에 통상의 기술이 적용될 때에는 통상의 기술에 대한 상세 설명을 생략할 수 있다.

물론, 본 발명의 3D 프린터는 재료를 처리하는 장치와, 3D 인쇄에 사용되는 재료를 자동으로 제공하고, 필요에 따라 재료를 분출하는 인쇄 헤드를 포함하며, 상기 인쇄 헤드의 작동과 이동을 제어하는 구동부와, 인쇄 헤드에 재료를 공급하는 노즐을 포함한다, 아울러, 인쇄 헤드를 정해진 방법에 의하여 작동하여 3D 제품을 제조할 수 있도록 하는 중앙처리장치(CPU)도 포함된다.

도 1은 본 발명의 인쇄 방법이 적용된 3 D 프린터의 블록도를 나타낸 실시예의 도면이다.

도 1은 본원 발명의 인쇄 방법이 적용되는 3D 프린터로서, 인쇄 재료를 분사하는 인쇄 헤드(60), 인쇄 헤드의 경로와 움직임을 제어하는 구동부(20), 상기 구동부를 작업 경로의 알고리즘대로 제어하거나 경로 알고리즘 등을 수행하는 중앙처리장치(CPU)(10) 및 인터페이스부(30)로 구성된다.

이때, 중앙처리장치가 알고리즘을 수행하기 위한 데이터를 저장하기 위한 통상의 메모리부(본원 발명에서는 도시 생략)도 더 포함된다. 메모리부는 정보를 저장하는 반도체 소자를 의미한다.

그리고, 본원 발명에서는 인쇄 재료를 담아 공급하는 실린더를 적어도 2 개 이상 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 복수의 실린더 세트가 구비된 멀티 노즐(50)이 구비되고, 상기 복수개의 실린더 중에서 하나를 선택하는 밸브 제어부(40)도 구비된다.

한편, 상기 인터페이스부(10)는 디스플레이, 입력부 및 출력부 경우에 따라서는 유무선 통신이 가능한 통신부 등이 모두 포함된 기기이다. 또한, 인쇄를 통하여 3 D 형상이 만들어지는 통상의 작업 테이블도 더 구비된다.

한편, 인쇄 헤드에서 재료를 분출하는 재료 분출부가 더 구비되며, 재료 분출부는 압력 노즐과 압력 펌프 혹은 스크류와 스크류 모터가 될 수 있고, 상기 압력 펌프 혹은 상기 스크류와 상기 스크류 모터를 각각 제어하는 분출 제어부도 구비된다, 이때, 분출 제어부는 상기 압력 펌프와 스크류 모터를 제어하는 제어 구동 회로 보드 등이 될 수 있다. 그러나 점성 있는 액체를 분출하고 제어하는 통상의 방법도 본원 발명에 포함된다고 할 수 있다.

또한, 분출 억제부는 압력 노즐, 압력 펌프 혹은 기어 펌프가 될 수 있고, 억제 제어부는 압력 펌프와 기업 펌프를 제어하는 제어 구동 회로 보드 등이 될 수 있다. 그러나 점성 있는 액체를 역류하도록 하거나 흡입하도록 제어하는 통상의 방법도 본원 발명에 포함된다고 할 수 있다.

일반적으로 인쇄 헤드의 이동 경로의 속도와 방법을 정하는 방법은 최적화 방법을 사용하여야 한다. 즉, 경화시간의 변화에 따라 해상도 변화가 생기므로서, 가공 시간 변화는 열평형과 소결율의 변화를 가져오고, 열평형과 소결율의 변화는 가공품의 정밀도 및 전체 시스템 효율에 큰 영향을 미치게 된다, 그러므로, 가공시간 단축 및 열평형을 위한 주사 경로 생성 알고리즘이 필요하다.

아울러, 일반적으로 3D 프린터를 사용하여 목적물을 제작하기 위해서는 우선, 제작하고자 하는 목적물에 대하여 3D 모델링을 실시한 다음, Sliced section 에 의하여 슬라이싱 데이터 생성하게 된다. 즉 Slicing Data File 에서 Path File (경로 제어 파일)이 만들어지게 된다. 그리고 그렇게 하여 만들어진 경로를 정상 경로라고 한다면, 필요에 따라서는 점프(Jump) 구간이 존재할 수 밖에 없으며 상기 점프 구간에서는 재료의 분출이 정지되어야 한다.

즉, 최적화된 방법으로 경로를 생성하게 되어도, 제작하고자 하는 목적물의 구조 형태상 점프 구간이 존재할 수 밖에 없으며, 상기 점프 구간에서는 재료의 분출이 정지되어야 하고, 따라서 재료의 흘림도 방지되어야 한다.

아울러, 3D 프린터가 인쇄 헤드를 통하여 재료를 분출하는 과정에서 필연적으로 에러도 발생하게 되며, 에러가 발생될 때에는 인쇄 헤드가 에러의 지점으로 되돌아가 다시 재료를 분출하여야 한다. 그리고 에러 발생 지점으로 되돌아가는 시간 동안에는 인쇄 헤드의 재료의 분출이 정지되어야 하며, 마찬가지로 인쇄 헤드의 재료의 흘림도 방지되어야 한다.

도 2는 본원 발명의 멀티 노즐을 나타내는 실시예의 도면이다.

본원 발명에서는 인쇄 헤드에 인쇄 재료를 공급할 때, 멀티 노즐을 사용한다. 본원 발명에서는 서로 다른 재료가 담겨져 있는 2 개 이상의 실린더가 구성되어 있고, 상기 실린더를 열고 닫는 밸브도 구성된 것을 멀티 노즐이라고 한다.

인쇄 재료(55)가 담겨져 있는 실린더(54)가 적어도 2 개 이상(이를테면 제 1 실린더는 N1, 제 2 실린더는 N2, 제 3 실린더는 N3 로 할 수 있다.) 구비되고, 상기 실린더(54)에는 압력 기체(공기) 이동관(53)과 재료 이동관(57)이 각각 연결되어 있다. 그리고, 압력 기체 이동관(53)은 기체(공기) 밸브(51)를 통하여 실린더(54)와 연결되고, 재료 이동관(57)은 재료 밸브(52)를 통하여 실린더(54)와 연결된다.

또한, 상기 실린더(54) 내에는 피스톤(54a)이 구비되어 상기 피스톤이 인쇄 재료(55)를 실린더 밖으로 밀어 내므로서, 멀티 노즐에서 인쇄 재료는 인쇄 헤드(60)에 공급되게 된다.

이때, 멀티 노즐에서 인쇄 재료가 인쇄 헤드에 공급되는 과정은 다음과 같다.

1) 압력 기체 이동관(53)에 기체(공기)가 정해진 압력으로 공급된다.

2) 2 개 이상의 실린더에서 1 개의 실린더를 선택하게 되면, 선택된 실린더(54)와 연결된 기체 밸브(51)와 재료 밸브(52)를 열어주게 되고, 선택되지 않은 다른 실린더(54)에 연결된 기체 밸브(51)와 재료 밸브(52)는 닫아주게 된다.

3) 선택된 실린더(54)에는 공기 주입구(54b)를 통하여 압력 기체(공기)가 주입되고, 상기 압력 기체에 의하여 피스톤(54a)이 이동하면, 재료 출구(54c)를 통하여 인쇄 재료(55)를 실린더 밖으로 밀어 내게 된다.

4) 선택된 실린더(54)와 연결된 재료 밸브(52)를 통과한 인쇄 재료는 재료 이동관(57)을 통과하여 인쇄 헤드(60)로 공급되게 된다.

5) 상기 실린더에 담겨져 있는 재료의 색이 각각 다를 수 있고, 재료의 점도가 각각 다를 수 있으며, 재료의 종류가 각각 다를 수 있다.

아울러, 선택된 실린더에 따라 공급되는 기체(공기)의 압력이 다를 수 있다. 예를들어, 제 1 실린더(N1)선택되면 공급되는 기체의 압력과 제 2 실린더(N2)선택되면 공급되는 기체의 압력이 다를 수 있다.

6) 크리너(56)가 담겨져 있는 실린더(C1)(54)가 존재하게 된다. 따라서, 크리너(56)가 담겨져 있는 실린더(C1)(54)가 선택되면, 크리너(56)가 담겨져 있는 실린더(C1)(54)에 연결된 기체 밸브(51)와 재료 밸브(52)가 열려지게 되고, 다른 실린더에 연결된 기체 밸브(51)와 재료 밸브(52)는 닫혀지게 된다. 그러므로, 크리너(56)가 담겨져 있는 실린더(C1)(54)가 선택되면 제품의 인쇄는 중지되고 크리너(56) 재료가 인쇄 헤드에 공급되므로 인쇄 헤드(60)의 크리닝 작용이 일어나게 된다.

이때, 상기 크리너(56)는 수지류를 녹일 수 있는 용제를 의미한다, 즉, Methanol, Ethanol, Isopropyl alcohol 등의 alcohol류 및 Amine류가 적용될 수 있고, 경우에 따라서는 톨루엔처럼 강한 용매제도 상용될 수 있지만 환경등을 고려하여 Methanol, Ethanol, Isopropyl alcohol 등의 alcohol류가 가정 효과적일 수 있다.

그리고, 상기의 과정을 수행하기 위하여, 중앙처리 장치(CPU)(10)의 제어에 의해 상기 기체 밸브(51)와 상기 재료 밸브(52)를 열고 닫을 수 있는 모터(동력 장치)가 더 구비된다. 마찬가지의 개념으로, 기체 이동관(53)에 공급되는 기체(공기)의 압력을 중앙처리 장치의 제어에 의하여 조절하는 압력 펌프도 구비된다.

한편, 본원 발명에서는 자외선 경화 수지를 인쇄 재료로 사용한다. 즉, 알코올 용해성 셀룰로이즈(Alcohol soluble cellulose) 유도체를 수정한 에폭시 아크릴레이트 올리고머(Epoxy-Acrylate Oligomer)와 친수성 아크릴 모노머(Acryl monomer)를 포함한다. 또한 EO(Ethylene Oxide) 부가물로서, 2-(2-Ethoxyethoxy)ethylacrylate, Ethoxylated hexandiol diacrylate, Ethoxylated Bispheol A Diacrylate, Polyethyene glycol acrylate, 등을 포함할 수 있고,PO(Propylene Oxide) 부가물로서 Propoxylated neopentyl glycol diacrylate, Propoxylated glyceryl acrylate, Propoxylated allyl methacrylate, Propoxylated trimethylolpropane triacrylate, 등을 포함할 수 있다. 아울러, 기타 amine류, methoxy류, alkoxylated acrylate, urethane acrylate등을 포함할 수 있다.

이때, 본원 발명에서 인쇄 재료로 사용할 수 있는 자외선 경화 수지는 상기 언급된 것 이외에도 통상의 자외선 경화수지라면 본원 발명에 적용될 수 있다.

도 3내지 도 5는 실린더의 구조를 나타낸 실시예의 도면이다.

도 3은 실린더와 캡이 결합된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 4는 실린더와 캡이 분리된 상태를 나타낸 사시도이며, 도 5는 실린더와 캡이 결합된 상태를 나타낸 도면이다.

공기 주입구(54b)와 연결된 캡(54d)이 실린더(54)를 닫아주게 되며, 상기 캡(54d)은 실린더 머리(54h)와 결합된 후 회전되어 실린더와 장금이 된다. 또한, 상기 캡(54d)에는 캡 결합부(54e)과 구비되고, 상기 캡 결합부(54e)는 실린더(54) 내부에 삽입되므로서 상기 캡과 실린더가 결합되고, 결합된 후에 상기 캡이 회전 되므로서 장김이 일어난다.

캡(54d)과 실린더(54)의 장김이 일어나게 되므로 압력 기체가 주입되어도 캡과 실린더가 분리되지 않게 된다.

도 6 과 도 7은 인쇄 헤드의 구조를 나타낸 실시예의 도면이다.

도 6은 압력을 이용하여 주로 10,000 cp 이상의 고 점도 재료를 인쇄할 때 사용되는 인쇄 헤드(60)의 실시예의 도면이다. 즉 재료를 공급할 때에는 압력을 가하여 재료를 분출하고, 재료를 흡입할 때에도 압력을 반대 방향으로 가하여 재료를 흡입하게 된다.

재료는 압력에 의하여 공급부(63)를 통하여 공급되고, 노즐(61)을 통하여 분출되며, 재료가 흡입될 때에는 흡입구(62)를 통하여 흡입되게 된다.

그리고, 도면에서 처럼 재료가 분출되는 방향과 재료가 흡입되는 방향은 직각 방향이 된다. 한편, 이러한 제어는 중앙처리장치(10)가 압력을 가하는 펌프를 제어하므로서 이루어질 수 있게 된다.

이때, 재료를 분출하는 펌프와 재료를 흡입하는 펌프가 각각 구비되지만 경우에 따라서는 재료를 분출하는 펌프와 재료를 흡입하는 펌프가 일체로 될 수 있음은 당연하다.

도 7은 스크류 모터(66)을 사용하여 재료를 분출하고, 압력을 사용하거나 스크류 모터(66)의 역회전을 사용하여 재료를 흡입할 수 있는 인쇄 헤드(60)의 구조를 나타낸 실시예의 도면이다. 상기의 인쇄 헤드는 점도가 20,000 cp 이상의 고 점도 재료를 분출할 때 사용하게 된다. 스크류 모터(66)가 회전하면 커플링(65)과 스크류(64)에 의하여 재료를 밀어 내어 노즐(61)을 통하여 재료가 분출되게 된다.

즉, 압력을 사용하여 재료 공급부(63)를 통하여 재료가 공급되고 스크류 모터를 사용하여 재료를 최종적으로 분출하게 된다. 한편, 재료를 흡입할 때에는 압력을 사용하여 재료를 흡입하거나 스크류 모터의 역회전에 의하여도 재료의 흡입이 될 수 있다. 결과적으로 재료 공급부(63)와 재료 흡입부(62)가 동일한 관에 의하여 이루어지게 된다.

또한, 상기의 과정은 중앙처리장치(10)가 스크류 모터와 가압 펌프의 작동을 제어하므로서 이루어질 수 있다. 즉, 스크류의 회전력을 이용하여 미세적으로 분출량을 제어할 수 있으며, 역회전을 통하여 재료 흡입 기능도 부가할 수가 있게 된다.

즉, 재료의 공급부와 재료 흡입구가 구별될 수도 있지만, 재료의 공급부와 재료 흡입구가 일체화된 구조를 가질 수도 있다는 것이다.

또한, 50,000 cp 이상의 고점도 재료를 사용할 때 사용하는 헤드도 존재한다, 이 경우는 기어 펌프를 사용하기도 한다.

- 분출 압력과 흡입 압력 -

본원 발명에서 사용되는 재료의 분출 압력은 200 kpa 정도이지만 반드시 200 kpa 의 값에 한정되는 것은 아니다. 그리고 흡입 압력은 진공도라고 할 수도 있지만 압력 값으로도 나타낼 수 있으며, 본원 발명에서 사용되는 재료의 흡입 압력은 -40 kpa 정도이지만 반드시 -40 kpa 의 값에 한정되는 것은 아니다.

그리고 흡입 시간은 경로 조건에 따라 다르지만, 짧게는 100 msec 이내가 될 수 있지만, 점프 시간 동안이 흡입 시간이 될 수가 있다. 여기서 점프 시간 동안이라는 것은,

도 8은 제품의 두께에 따라 재료가 다르게 선택되는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.

3D 프린터가 시작되고 제품의 인쇄가 시작되면, 인쇄 되는 부분의 두께를 판단하게 된다.(100 단계에서 110 단계까지)

중앙처리장치(10)는 인쇄하고자 하는 제품의 두께를 판단하게 되는 것이다. 그리고 제품의 두께가 얇게 되면, 점도가 높은 재료가 담겨져 있는 실린더(54)를 선택한다. 이때 상기 중앙처리장치(10)가 점도가 높은 실린더를 선택하는 방법은 본원 발명의 도 2의 실시예를 따르게 된다.

두께가 “T(정해진 일정 값)" 이상인가를 판단하여, 두께가 "T" 이상이면, 점도가 낮은 재료가 담겨진 실린더를 선택하고, 두께가 "T" 이하이면, 점도가 높은 재료가 담겨진 실린더를 선택한다.(115 단계에서 120 단계)

즉, 두께가 "T" 이상이면 중앙처리장치(10)가 점도가 낮은 재료가 담겨진 실린더(54)와 연결된 기체 밸브(51)와 재료 밸브(52)를 열어주게 되고, 두께가 "T" 이하이면 중앙처리장치(10)가 점도가 높은 재료가 담겨진 실린더(54)와 연결된 기체 밸브(51)와 재료 밸브(52)를 열어주게 된다.

그리고, 상기 "T" 의 값은 150 μm 로 정할 수 있다. 또한 점도의 기준은 10,000 CP 가 될 수 있다. 즉, 인쇄하고자 하는 제품의 두께가 150 μm 이상이면 10,000 CP 이하의 점도를 가진 재료가 담겨져 있는 실린더가 선택되고, 인쇄하고자 하는 제품의 두께가 150 μm 이하이면, 10,000 CP 이상의 점도를 가진 재료가 담겨져 있는 실린더가 선택된다.

그리고 이러한 조건을 일반화 한다면, 인쇄하고자 하는 제품의 두께가 “T" 이상이면 "C(정해진 점도 값)" 이하의 점도를 가진 재료가 담겨져 있는 실린더가 선택되고, 인쇄하고자 하는 제품의 두께가 “T" 이하이면, "C" 이상의 점도를 가진 재료가 담겨져 있는 실린더가 선택된다.

인쇄가 종료되면 3D 프린터의 작동도 종료된다.(125에서 130 단계)

도 9는 중앙처리장치가 제어 가능한 또 다른 제품을 나타낸 실시예의 도면이다,

도 2와 도 8의 실시예에서 도시된 바와 같이 인쇄하려고 하는 제품의 두께가 다를 경우 점도가 높거나 낮은 재료가 담겨져 있는 실린더가 선택되어 진다. 이때 실린더에 담겨져 있는 재료가 점도가 높을 경우에, 점도가 높은 재료를 기체(공기) 압력으로 실린더 밖으로 밀어낼 경우(도 2의 실시예 도면 참조) 더 높은 압력이 필요하게 된다.

반면에, 실린더에 담겨져 있는 재료가 점도가 낮을 경우에, 점도가 낮은 재료를 기체(공기) 압력으로 실린더 밖으로 밀어낼 경우(도 2의 실시예 도면 참조) 더 낮은 압력이 필요하게 된다. 예를들어, 본원 발명을 위한 실험 결과 15000 cp 에서는 재료의 분출 압력은 300 kpa 정도되면 효과적으로 재료를 밀어 낼 수 있지만, 5000 cp 에서는 170 kpa 이 되어도 효과적으로 재료를 밀어 넣을 수 있다, 하지만, 이 값은 장치나 재료의 양에 따라 변화될 수 있으며 하나의 예시 값이다.

즉, 점도가 낮거나 높은 재료가 담겨져 있는 실린더의 선택에 따라 압력 펌프(80)의 압력 값을 조절하여야 한다,

또한, 실린더에 담겨져 있는 재료가 점도가 높을 경우에, 점도가 높은 재료는 세기가 좀 더 강한 자외선이 필요하고, 실린더에 담겨져 있는 재료가 점도가 낮을 경우에, 점도가 낮은 재료는 세기가 좀 더 약한 자외선이 필요하다.

즉, 점도가 낮거나 높은 재료가 담겨져 있는 실린더의 선택에 따라 자외선 램프(70)의 빛의 세기 값은 조절하여야 한다.

이때, 압력 펌프(80)의 압력 값의 조절과 자외선 램프(70)의 빛의 세기 값의조절은 중앙처리장치(10)의 미리 정해진 알고리즘에 의하여 정해지게 된다. 즉 1 번 실린더가 선택될 경우 압력 값과 세기를 미리 정하고, 2번 실린더가 선택될 경우 압력값과 세기를 미리 장하여, 중앙처리장치는 정해진 값이 출력되도록 압력 펌프와 자외선 팸프를 제어한다.

도 10은 본원발명의 또 다른 실시예의 흐름도를 나타낸 도면이다.

3D 프린터가 시작되고 제품의 인쇄가 시작되면, 인쇄 되는 제품 전체의 두께가 “T” 이상이거나 이하인가를 판단하게 된다.(150 단계에서 160 단계까지)

중앙처리장치(10)는 인쇄하고자 하는 제품의 두께를 판단하게 되는 것이다. 즉, 제품 전체의 두께가 정해진 "T" 값 보다 더 크거나, 제품 전체의 두께가 정해진 "T" 값 보다 더 낮음을 판단하게 된다,

그리고, 인쇄 되는 제품 전체의 두께가 “T” 이상이거나 이하이면 170 단계로 진행한다.

제품 전체가 두께가 "T" 이상이면, 점도가 낮은 재료가 담겨진 실린더를 선택하여 제품을 인쇄하여 제작하고, 제품 전체가 두께가 "T" 이하이면, 점도가 높은 재료가 담겨진 실린더를 선택하고 제품을 인쇄한다, 이때 하나의 제품을 인쇄하는 동안 실린더에 담겨져 있는 재료의 점도는 변화가 없다는 것이다. (170 단계)

이때 상기 중앙처리장치(10)가 점도가 높거나 낮은 재료가 담겨져 있는 실린더를 선택하는 방법은 본원 발명의 도 2의 실시예를 따르게 된다.

또한, 인쇄 되는 제품 전체의 두께가 “T” 이상이거나 이하가 아니면, 즉 제품에서 일부 영역은 제품 두께가 “T” 이상이고 제품에서 일부 영역은 제품 두께가 “T” 이하이면, 165 단계로 진행하게 된다.

그런 다음, 제품에서 T 이상 영역은 저 점도 재료로 인쇄하고, 제품에서 T 이하 영역은 고 점도 재료로 인쇄한다.(165 단계)

즉, 두께가 "T" 이상이면 중앙처리장치(10)가 점도가 낮은 재료가 담겨진 실린더(54)와 연결된 기체 밸브(51)와 재료 밸브(52)를 열어주게 되고, 두께가 "T" 이하이면 중앙처리장치(10)가 점도가 높은 재료가 담겨진 실린더(54)와 연결된 기체 밸브(51)와 재료 밸브(52)를 열어주게 된다.

그리고, 상기 "T" 의 값은 150 μm 로 정할 수 있다. 또한 점도의 기준은 10,000 CP 가 될 수 있다. 즉, 인쇄하고자 하는 제품의 두께가 150 μm 이상이면 10,000 CP 이하의 점도를 가진 재료가 담겨져 있는 실린더가 선택되고, 인쇄하고자 하는 제품의 두께가 150 μm 이하이면, 10,000 CP 이상의 점도를 가진 재료가 담겨져 있는 실린더가 선택된다.

그리고 이러한 조건을 일반화 한다면, 인쇄하고자 하는 제품의 두께가 “T" 이상이면 "C(정해진 점도 값)" 이하의 점도를 가진 재료가 담겨져 있는 실린더가 선택되고, 인쇄하고자 하는 제품의 두께가 “T" 이하이면, "C" 이상의 점도를 가진 재료가 담겨져 있는 실린더가 선택된다.

인쇄가 종료되면 3D 프린터의 작동도 종료된다.(125에서 130 단계)

10 : CPU 20 ; 구동부
30 : 인터페이스부 40 : 밸브 제어부
50 : 멀티 노즐 60 : 인쇄 헤드
51 : 기체 밸브 52 : 재료 밸브
53 : 기체 이동관 55 : 재료
54 : 실린더 54a : 피스톤
54b : 공기 주입구 54c : 재료 출구
54d : 캡 54e : 캡 결합부
54h : 실린더 머리 56 : 크리너
57 : 재료 이동관 61 : 노즐
63 : 공급부 62 : 흡입부
70 : 자외선 램프 80 : 압력 펌프

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 인쇄 재료를 분사하는 인쇄 헤드(60), 인쇄 헤드의 경로와 움직임을 제어하는 구동부(20), 상기 구동부를 작업 경로의 알고리즘대로 제어하거나 경로 알고리즘을 수행하는 중앙처리장치(CPU)(10), 및 유무선 통신이 가능한 인터페이스부(30)가 구성되고,
   인쇄 재료를 담아 공급하는 실린더와 상기 실린더가 적어도 2 개 이상 구비된 복수의 실린더 세트인 멀티 노즐(50)이 더 구비되고,
   상기 중앙처리장치(10)는 인쇄하고자 하는 제품의 두께를 판단하고, 제품 전체의 두께가 정해진 "T" 값 보다 더 크거나, 제품 전체의 두께가 정해진 "T" 값 보다 더 낮음을 판단하고,
   제품 전체가 두께가 "T" 이상이면, 점도가 낮은 재료가 담겨진 실린더를 선택하여 제품을 인쇄하여 제작하고, 제품 전체가 두께가 "T" 이하이면, 점도가 높은 재료가 담겨진 실린더를 선택하고 제품을 인쇄하고,
   제품에서 일부 영역은 제품 두께가 “T” 이상이고 제품에서 일부 영역은 제품 두께가 “T” 이하이면, 제품에서 T 이상 영역은 저 점도 재료로 인쇄하고, 제품에서 T 이하 영역은 고 점도 재료로 인쇄하는 것을 특징으로 하는 멀티 노즐을 가진 3D 프린터.
   
5. 제 4항에 있어서,
   두께가 "T" 이상이면 중앙처리장치(10)가 점도가 낮은 재료가 담겨진 실린더(54)와 연결된 기체 밸브(51)와 재료 밸브(52)를 열어주게 되고, 두께가 "T" 이하이면 중앙처리장치(10)가 점도가 높은 재료가 담겨진 실린더(54)와 연결된 기체 밸브(51)와 재료 밸브(52)를 열어주게 되는 것을 특징으로 하는 멀티 노즐을 가진 3D 프린터.
6. 제 4항에 있어서,
   멀티 노즐에 압력 기체를 공급하는 기체 이동관(53)과 상기 기체 이동관을 통하여 압력 기체를 공급하는 압력 펌프(80)가 더 구비되고, 상기 중앙처리장치는 점도가 낮거나 높은 재료가 담겨져 있는 실린더의 선택에 따라 압력 펌프(80)의 압력 값을 조절하는 것을 특징으로 하는 멀티 노즐을 가진 3D 프린터.

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